Життєдіяльність екосистеми і круговорот речовин в ній можливі лише за умови постійного припливу енергії. Основне джерело енергії на Землі - сонячне випромінювання. Енергія Сонця перекладається фотосинтезуючими організмами в енергію хімічних зв'язків органічних сполук. Передача енергії по харчових ланцюгах підпорядковується другим законом термодинаміки: перетворення одного виду енергії в інший йде з втратою частини енергії. При цьому її перерозподіл підпорядковується суворої закономірності: енергія, що отримується екосистемою і засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою необоротно передається консументам першого, другого і т.д. порядків, а потім редуцентам з падінням потоку енергії на кожному трофічному рівні. У зв'язку з цим кругообігу енергії не буває.

На відміну від енергії, яка використовується в екосистемі тільки один раз, речовини використовуються багаторазово через те, що їх споживання і перетворення відбувається по колу. Цей круговорот здійснюється живими організмами екосистеми (продуцентами, консументами, редуцентами) і називається біологічним кругообігом речовин.

Біологічний круговорот речовин, або малий - надходження речовин із ґрунту і атмосфери в живі організми з відповідною зміною їх хімічної форми, повернення їх в грунт і атмосферу в процесі життєдіяльності організмів і з посмертними залишками і повторне надходження в живі організми після процесів деструкції і мінералізації за допомогою мікроорганізмів. Таке розуміння біологічного кругообігу речовин (по Н.П. Ремезову, Л.Є. Батьківщину і Н.І. Базилевич) відповідає біогеоценотіческое рівню. Точніше говорити про біологічний круговорот хімічних елементів, а не речовин, оскільки на різних стадіях кругообігу речовини можуть хімічно видозмінюватися. За даними В.А. Ковда (1973), щорічна величина біологічного кругообігу зольних елементів в системі грунт-рослина значно перевищує величину річного геохімічного стоку цих елементів в річки і моря і вимірюється колосальної цифрою 109 т / г.

Екологічні системи суші і Світового океану пов'язують і перерозподіляють сонячну енергію, вуглець атмосфери, вологу, кисень, водень, фосфор, азот, сірку, кальцій та інші елементи. Життєдіяльністю рослинних організмів (продуцентів) і їх взаємодіями з тваринами (консументами), мікроорганізмами (редуцентамі) і неживою природою забезпечується механізм накопичення і перерозподілу сонячної енергії, що надходить на Землю.

Кругообіг речовин ніколи не буває повністю замкнутим. Частина органічних і неорганічних речовин виноситься за межі екосистеми, і в той же час їх запаси можуть поповнюватися за рахунок припливу ззовні. В окремих випадках ступінь повторюваного відтворення деяких циклів кругообігу речовин становить 90-98%. Неповна замкнутість циклів в масштабах геологічного часу призводить до накопичення елементів в різних природних сферах Землі. Таким чином накопичуються корисні копалини - вугілля, нафта, газ, вапняки тощо

Природознавство - наука про явища і закони природи. Сучасне природознавство включає багато природно-наукові галузі: фізику, хімію, біологію, а також численні суміжні галузі, такі, як фізична хімія, біофізика, біохімія та ін. Природознавство зачіпає широкий спектр питань про численні і багатосторонніх проявах властивостей природи, яку можна розглядати як єдине ціле.

Сучасна різноманітна техніка - плід природознавства, яке і донині є основною базою для розвитку численних перспективних напрямків - від наноелектроніки до найскладнішої космічної техніки, і це очевидно для багатьох.

Філософи всіх часів спиралися на новітні досягнення науки і, в першу чергу, природознавства. Досягнення останнього століття у фізиці, хімії, біології та в інших науках дозволили по-новому поглянути на сформовані століттями філософські уявлення. Багато філософські ідеї народжувалися в надрах природознавства, а природознавство в свою чергу на початку розвитку носило натурфилософский характер. Про таку філософію можна сказати словами німецького філософа Артура Шопенгауера (1788-1860): «Моя філософія не дала мені абсолютно ніяких доходів, але вона позбавила мене від дуже багатьох витрат».

Людина, що володіє хоча б загальними і в той же час концептуальними природно-науковими знаннями, тобто знаннями про природу, буде виробляти свої дії неодмінно так, щоб користь, як результат його дій, завжди поєднувалася з дбайливим ставленням до природи і з її збереженням не тільки для нинішнього, а й для прийдешніх поколінь.

Пізнання природничо-наукової істини робить людину вільною, вільною в широкому філософському сенсі цього слова, вільним від некомпетентних рішень і дій, і нарешті, вільним у виборі шляху своєї благородної і творчої діяльності.

Немає сенсу перераховувати досягнення природознавства, кожен з нас знає народжені їм технології і користується ними. Передові технології базуються в основному на природничо-наукових відкриттях останніх десятиліть XX ст., Проте, незважаючи на відчутні досягнення, виникають проблеми, викликані головним чином усвідомленням загрози екологічній рівновазі нашої планети. Найрізноманітніші прихильники ринкової економіки погодяться, що вільний ринок не може захистити слонів в Африці від мисливців або історичні пам'ятники Месопотамії - від кислотних дощів і туристів. Тільки уряду здатні встановлювати закони, що стимулюють забезпечення ринку всім тим, що потрібно людині, без руйнування середовища її проживання.

Разом з тим уряду не в силах проводити подібну політику без допомоги вчених, і перш за все вчених, які володіють сучасним природознавством. Потрібна зв'язок між природознавством і керуючими структурами в питаннях, що стосуються навколишнього середовища, матеріального забезпечення та ін. Без науки важко зберегти чистоту планети: рівень забруднень потрібно вимірювати, прогнозувати їх наслідки - тільки так ми можемо дізнатися про біди, які необхідно запобігти. Лише за допомогою найсучасніших природничо-наукових і в першу чергу фізичних методів можна стежити за товщиною і однорідністю озонового шару, що захищає людину від ультрафіолетового опромінення. Тільки наукові дослідження допоможуть зрозуміти причини і наслідки кислотних опадів і смогу, позначаються на житті кожної людини, дати знання, необхідні для польоту людини на Місяць, дослідження глибин океану, знайти способи позбавлення людини від багатьох важких хвороб.

В результаті аналізу популярних в 70-і роки математичних моделей вчені прийшли до висновку, що подальший розвиток економіки незабаром стане неможливим. І хоча вони не привнесли нових знань, вони все-таки зіграли важливу роль. Вони продемонстрували можливі наслідки намітилися сьогодні тенденцій розвитку. Свого часу подібні моделі дійсно переконали мільйони людей, що захист природи необхідна, а це чималий внесок в прогрес. Незважаючи на відмінності в рекомендаціях, всі моделі містять один головний висновок: природу не можна далі забруднювати так, як сьогодні

З природно-науковими знаннями можна зв'язати багато проблем на Землі. Однак проблеми ці породжуються незрілістю самої науки. Дайте їй продовжити свій курс - і людство подолає нинішні труднощі - такою є думка більшості вчених. Для інших, більшою мірою тих, хто лише зараховує себе до когорти вчених, наука втратила свою значимість.

Природознавство в значній мірі відображає потреби практиків і в той же час фінансується в залежності від постійно мінливих симпатій держави і громадськості.

Наука і техніка - не тільки головний інструмент, що дозволяє людям пристосуватися до постійно змінюваних природними умовами, а й головна сила, прямо або побічно викликає такі зміни.

Поряд з явними позитивними рисами, властивими природознавства, слід вести мову і про недоліки, обумовлених і природою самого знання, і нерозумінням на даному етапі якихось дуже важливих властивостей матеріального світу через обмеженість пізнання людини. Скажімо, чисті математики зробили відкриття, яке суперечить уявленням мислителів минулого: випадкові, хаотичні процеси можна описати точними математичними моделями. Причому виявилося, що навіть проста модель, оснащена ефективною зворотним зв'язком, настільки чутлива до найменших змін початкових умов, що її майбутнє стає непередбачуваним. Чи варто тоді сперечатися про те, детерміністичного Всесвіт, якщо строго детерминистская модель дає результати, що не відрізняються від імовірнісних?

Мета природознавства - описати, систематизувати і пояснити сукупність природних явищ і процесів. Слово «пояснити» в методології науки само вимагає пояснення. У більшості випадків воно означає розуміти. Що зазвичай має на увазі людина, кажучи «Я розумію»? Як правило, це означає: «Я знаю, звідки це взялося» і «Я знаю, до чого це призведе». Так утворюється причинно-наслідковий зв'язок: причина - явище - наслідок. Розширення такого зв'язку і освіту багатовимірної структури, що охоплює безліч явищ, є основою наукової теорії, яка характеризується чіткою логічною структурою, яка складається з набору принципів або аксіом і теорем з усіма можливими висновками. За такою схемою будується будь-яка математична дисципліна, наприклад, Евклідова геометрія або теорія множин, які можуть служити характерними прикладами наукових теорій. Побудова теорії, звичайно, передбачає створення особливого наукового мови, спеціальної термінології, системи наукових понять, що мають однозначний сенс і пов'язаних між собою строгими правилами логіки.

Після того як теорія «перевірена досвідом, настає наступна стадія пізнання дійсності, в якій встановлюються кордону істинності наших знань або межі застосування теорій і окремих наукових тверджень. Дана стадія обумовлюється об'єктивними і суб'єктивними факторами. Один з істотних об'єктивних чинників - динамізм навколишнього нас світу. Згадаймо мудрі слова давньогрецького філософа Геракліта (кінець VI - початок V ст. До н.е.); «Все тече, все змінюється; в одну і ту ж річку не можна увійти двічі »Підводячи підсумок, сформулюємо коротко три основні принципи наукового пізнання дійсності.

1. Причинність. Перше і досить ємне визначення причинності міститься у висловленні Демокріта: «Жодна річ не виникає безпричинно, але все виникає на якому-небудь підставі і в силу необхідності».

2. Критерій істини. Природно-наукова істина перевіряється (доводиться) тільки практикою: спостереженнями, дослідами, експериментами, виробничою діяльністю: Якщо наукова теорія підтверджена практикою, то вона істинна. Природно-наукові теорії перевіряються Експериментом, пов'язаним зі спостереженнями, вимірюваннями та математичною обробкою отриманих результатів. Наголошуючи на важливості вимірювань, видатний вчений Д.І. Менделєєв (1834 - 1907) писав: «Наука, почалася тоді, коли люди навчилися міряти; точна наука немислима без міри ».

3. Відносність наукового знання. Наукове знання (поняття, ідеї, концепції, моделі, теорії, висновки з них і т.п.) завжди щодо і обмежена.

Часто зустрічається твердження: головна мета природознавства - встановлення законів природи, відкриття прихованих істин - явно чи неявно передбачає, що істина десь уже є і існує в готовому вигляді, її треба тільки знайти, відшукати як якесь скарб. Великий філософ давнини Демокріт говорив: «Істина прихована в глибині (лежить на дні морському)». Інший об'єктивний фактор пов'язаний з недосконалістю техніки експерименту, що служить матеріальною базою будь-якого досвіду.

Природознавство тим чи іншим способом систематизує наші спостереження над природою. При цьому не слід вважати, наприклад, теорію кривих другого порядку наближеною на тій підставі, що в природі в точності кривих другого порядку немає. Не можна говорити, що неевклидова геометрія уточнює Евклидову - кожна займає в системі моделей своє місце, будучи точної відповідно до внутрішніх критеріями точності, і знаходить застосування там, де необхідно. Точно так само невірно стверджувати, що теорія відносності уточнює класичну механіку - це різні моделі, що мають, взагалі кажучи, і різні сфери застосування.

У сучасному уявленні істина - правильне, адекватне відображення пізнає суб'єктом предметів і явищ дійсності, що відтворює їх так, як вони існують поза і незалежно від свідомості. Як результат діяльності людського мислення істина об'єктивна за змістом, але суб'єктивна за формою. Можна говорити про відносну істини, що відбиває предмет не повністю, а в об'єктивно обумовлених межах. Абсолютна істина повністю вичерпує предмет пізнання. Будь-яка відносна істина містить елемент абсолютного знання. Абсолютна істина є сума відносних істин. Істина завжди конкретна.

Яким би не уявлялося зміст істини, що займає розуми великих вчених з давніх часів, і як би не вирішувалося складне питання про предмет науки в цілому і природознавстві зокрема, - одне очевидно: природознавство є надзвичайно ефективний, потужний інструмент, не тільки дозволяє пізнати навколишній світ , але і приносить величезну користь.

З плином часу і особливо в кінці останнього століття спостерігається зміна функції науки і в першу чергу - природознавства. Якщо раніше основна функція науки полягала в описі, систематизації та поясненні досліджуваних об'єктів, то зараз наука стає невід'ємною частиною виробничої діяльності людини, в результаті чого сучасне виробництво - будь то випуск складної космічної техніки, сучасних супер- і персональних комп'ютерів або високоякісної аудіо- та відеоапаратури - набуває наукомісткий характер. Відбувається зрощування наукової і виробничо-технічної діяльності, в результаті з'являються великі науково-виробничі об'єднання - міжгалузеві науково-технічні комплекси «наука - техніка - виробництво», в яких науці належить провідна роль. Саме в таких комплексах були створені перші космічні системи, перші атомні електростанції і багато іншого, що прийнято вважати найвищими досягненнями науки і техніки.

Останнім часом фахівці гуманітарних наук вважають, що наука - продуктивна сила. При цьому мається на увазі перш за все природознавство. Хоча наука і не виробляє безпосередньо матеріальну продукцію, але очевидно, що в основі виробництва будь-якої продукції лежать наукові розробки. Тому, коли говорять про науку як про продуктивну силу, то беруть до уваги не кінцеву продукцію тозі чи іншого виробництва, а ту наукову інформацію - свого роду продукцію, на базі якої і організовується, і реалізується виробництво матеріальних цінностей.

З огляду на такий важливий показник, як кількість наукової інформації, можна зробити не тільки якісну, але і кількісну оцінку тимчасової зміни даного показника і, таким чином, визначити закономірність розвитку науки.

Кількісний аналіз показує, що темп розвитку науки як в цілому, так і для таких галузей природознавства, як фізика, біологія і т.п., а також для математики, характеризується приростом на 5-7% в рік протягом останніх 300 років. При аналізі враховувалися конкретні показники: число наукових статей, наукових співробітників і т.д. Такий темп розвитку науки можна охарактеризувати і по-іншому. За кожні 15 років (половина середньої різниці у віці між батьками і дітьми) обсяг наукової продукції зростає в е раз (е = 2,72 - основа натуральних логарифмів). Це твердження становить сутність закономірності експоненціального розвитку науки.

З цієї закономірності випливають такі висновки. За кожні 60 років наукова продукція збільшується приблизно в 50 разів. За останні 30 років такої продукції створено приблизно в 6,4 рази більше, ніж за всю історію людства. У зв'язку з цим до численних характеристикам XX в. цілком виправдано можна додати ще одну - «століття науки».

Цілком очевидно, что в межах Розглянуто показніків (їх, Звичайно, що не можна вважаті вічерпнімі для характеристики складної проблеми розвитку науки) експоненціальне розвиток науки витратило не может тріваті нескінченно Довгого, інакше за порівняно Невеликий проміжок часу, в найближче майбутне все населення земної Кулі превратилась б в наукових співробітніків. Як позначають в попередня параграфі, даже у Великій кількості наукових публікацій містіться порівняно невелика Кількість по-Справжня цінної Наукової информации. І НЕ КОЖЕН дослідник вносити істотній внесок в Справжня науку. Подальший розвиток науки триватиме і в майбутньому, але, не за рахунок екстенсивного зростання числа наукових співробітників і числа вироблених ними наукових публікацій, а за рахунок залучення прогресивних методів і технологій дослідження, а також підвищення якості наукової роботи.

Сьогодні, як ніколи, важлива розгорнута робота не тільки і не стільки з критики і переосмислення минулого, скільки з дослідження шляхів в майбутнє, пошуку нових ідей та ідеалів. Крім питань економіки, це, напевно, самий значний соціальне замовлення вітчизняній науці і культурі. Минулі ідеї себе вичерпують або вичерпали, і якщо ми не заповнимо порожнечу, то вона буде зайнята ще більш старими уявленнями і фундаменталізмом, затвердженими вже силою і авторитетом влади. Саме в цьому полягає сьогодні виклик розуму, відхід від якого ми спостерігаємо.

а) закону всесвітнього тяжіння; б) принципи відносності Галілея; в) закони класичної механіки Ньютона

Принцип відносності - фундаментальний фізичний принцип, згідно з яким всі фізичні процеси в інерційніх системах відліку протікають однаково, незалежно від того, нерухома чи система або вона знаходиться в стані рівномірного і прямолінійного руху.

Дане визначення відноситься до пункту «б» - принципи відносності Галілея.

Галілея принцип відносності, принцип фізичного рівноправ'я інерційних систем відліку в класичній механіці, який проявляється в тому, що закони механіки у всіх таких системах однакові. Звідси випливає, що ніякими механічними дослідами, що вживаються в будь-якої інерціальній системі, не можна визначити, спочиває чи ця система або рухається рівномірно і прямолінійно. Це положення було вперше встановлено Г. Галілеєм в 1636. Подібність законів механіки для інерціальних систем Галілей ілюстрував на прикладі явищ, що відбуваються під палубою корабля, покоїться або рухається рівномірно і прямолінійно (щодо Землі, яку можна з достатнім ступенем точності вважати інерціальній системою відліку): «Примусьте тепер корабель рухатися з будь-якою швидкістю і тоді (якщо тільки рух буде рівномірним і без качки в ту і іншу сторону) у всіх названих явищах ви не знайдете ні найменшого зміни і по жодному з них не зможете встановити, чи рухається корабель або стоїть нерухомо ... Кидаючи яку-небудь річ товаришеві, ви не повинні будете кидати її з більшою силою, коли він буде перебувати на носі, а ви на кормі, ніж коли ваше взаємне положення буде зворотним; краплі, як і раніше, будуть падати в нижній посудину, і жодна з них не впаде ближче до корми, хоча, поки крапля знаходиться в повітрі, корабель пройде багато п'ядей »1.

Рух матеріальної точки відносно: її положення, швидкість, вид траєкторії залежать від того, по відношенню до якої системи відліку (тілу відліку) цей рух розглядається. У той же час закони класичної механіки, т. Е. Співвідношення, які пов'язують величини, що описують рух матеріальних точок і взаємодія між ними, однакові у всіх інерціальних системах відліку. Відносність механічного руху і однаковість (безвідносність) законів механіки в різних інерціальних системах відліку і складають зміст галілеївсько принципу відносності.

Математично галілеївсько принцип відносності виражає інваріантність (незмінність) рівнянь механіки відносно перетворень координат рухомих точок (і часу) при переході від однієї інерціальної системи до іншої - перетворень Галілея.

Нехай є дві інерціальні системи відліку, одну з яких, S, домовимося вважати спочиває; друга система, S ', рухається по відношенню до S з постійною швидкістю u так, як показано на малюнку. Тоді перетворення Галілея для координат матеріальної точки в системах S і S 'матимуть вигляд:

x '= x - ut, у' = у, z '= z, t' = t (1)

(Штриховані величини відносяться до системи S ', нештріхованние - до S). Т. о., Час у класичній механіці, як і відстань між будь-якими фіксованими точками, вважається однаковим у всіх системах відліку.

З перетворень Галілея можна отримати співвідношення між швидкостями руху точки і її прискореннями в обох системах:

v '= v - u, (2)

a '= a.

У класичній механіці рух матеріальної точки визначається другим законом Ньютона:

F = ma, (3)

де m - маса точки, a F - рівнодіюча всіх доданих до неї сил. При цьому сили (і маси) є в класичній механіці інваріантами, т. Е. Величинами, які не змінюються при переході від однієї системи відліку до іншої. Тому при перетвореннях Галілея рівняння (3) не змінюється. Це і є математичний вираз галілеївсько принципу відносності.

Галилеевский принцип відносності справедливий лише в класичній механіці, в якій розглядаються руху зі швидкостями, багато меншими швидкості світла. При швидкостях, близьких до швидкості світла, рух тіл підкоряється законам релятивістської механіки Ейнштейна, які інваріантні по відношенню до інших перетворень координат і часу - Лоренца перетворенням
(При малих швидкостях вони переходять в перетворення Галілея).

Спеціальна теорія відносності базується на двох постулатах. Перший постулат (узагальнений принцип відносності Ейнштейна) говорить: ніякими фізичними дослідами (механічними, електромагнітними і т.д.), виробленими всередині даної системи відліку, не можна встановити різницю між станами спокою і рівномірного прямолінійного руху (іншими словами, закони природи однакові в усіх інерційних системах координат, тобто системах, що рухаються прямолінійно і рівномірно один щодо одного). Цей постулат випливає з результатів знаменитого досвіду Майкельсона-Морлея, вимірювали швидкість світла в напрямку руху Землі і в перпендикулярному напрямку. Швидкість світла виявилася однаковою в усіх напрямках, незалежно від факту руху джерела (до речі, ці вимірювання відкинули ідею існування світового нерухомого ефіру, коливаннями якого пояснювали природу світла).

Другий постулат говорить про те, що швидкість світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних системах координат. Цей постулат розуміється (в тому числі самим Ейнштейном) в сенсі сталості швидкості світла. Прийнято вважати, що цей постулат також є наслідком досвіду Майкельсона.

Постулати були використані Ейнштейном для аналізу рівнянь електродинаміки Максвелла і наступних перетворень Лоренца, що дозволяють висловлювати координати і час для системи, що рухається (відзначені штрихом зверху) через координати і час для нерухомої системи (ці перетворення залишають рівняння Максвелла незмінними):

x '= (x - Vt) / [1- (V ^ 2 / c ^ 2)] ^ 0,5 (м); y '= y (м); z '= z (м); (1)

t '= (t - xV / c ^ 2) / [1- (V ^ 2 / c ^ 2)] ^ 0,5 (сек). (2)
З цих перетворень безпосередньо випливає теорема додавання швидкостей Ейнштейна:

Vc = (V1 + V2) / (1 + V1 * V2 / c ^ 2) (м / сек). (3)

Звичайний закон додавання (Vc = V1 + V2) діє тільки при малих швидкостях.
На основі виконаного аналізу Ейнштейн прийшов до висновку, що факт руху системи (зі швидкістю V) впливає на її розміри, швидкість течії часу і масу відповідно до виразами:

l = lo / [1- (V ^ 2 / c ^ 2)] ^ 0,5 (м); (4)
delta t = delta to / [1- (V ^ 2 / c ^ 2)] ^ 0,5 (сек); (5)
M = Mo / [1- (V ^ 2 / c ^ 2)] ^ 0,5 (кг). (6)
Нулем відзначені величини, що відносяться до нерухомої (спочиває) системі. Формули (4) - (6) свідчать про те, що довжина рухається системи скорочується, протягом часу на ній (хід годин) сповільнюється, а маса зростає. На основі формули (5) виникла ідея так званого ефекту близнюків. Космонавт, який пролетів на кораблі рік (по годинах корабля) зі швидкістю 0,9998 с, повернувшись на Землю, зустріне свого брата-близнюка, постарілого на 50 років. Співвідношення (6), що характеризує ефект зростання маси, призвело Ейнштейна до формулювання його знаменитого закону (6):

E = Mс ^ 2 (дж).

Загальна теорія відносності (ЗТВ) - геометрична теорія тяжіння , опублікована Альбертом Ейнштейном в 1915 - 1916 роках [1] [2] . В рамках цієї теорії, що є подальшим розвитком спеціальної теорії відносності , Постулюється, що гравітаційні ефекти обумовлені не силовим взаємодією тел і полів , Що знаходяться в просторі-часі , А деформацією самого простору-часу, яка пов'язана, зокрема, з присутністю маси-енергії. Загальна теорія відносності (ЗТВ) - сучасна теорія тяжіння, що зв'язує його з кривизною чотиривимірного простору-часу.

Таким чином, в ОТО, як і в інших метричних теоріях , гравітація не є силовим взаємодією. Загальна теорія відносності відрізняється від інших метричних теорій тяжіння Використання рівнянь Ейнштейна для зв'язку кривизни простору-часу з присутньої в просторі матерією.

ОТО в даний час - сама успішна гравітаційна теорія, добре підтверджена спостереженнями. Перший успіх загальної теорії відносності полягав у поясненні аномальної прецесії
перигелію
Меркурія . Потім, в 1919 , Артур Еддінгтон повідомив про спостереження відхилення світла поблизу сонця в момент повного затемнення , Що підтвердило передбачення загальної теорії відносності [3] . З тих пір багато інших спостереження і експерименти підтвердили значну кількість передбачень теорії , включаючі гравітаційне уповільнення часу , гравітаційне червоне зміщення , затримку сигналу в гравітаційне поле і, поки лише побічно, гравітаційне випромінювання [4] . Крім того, численні спостереження інтерпретуються як підтвердження одного з найбільш таємничих і екзотичних передбачень загальної теорії відносності - існування чорних дір .

Ейнштейн сформулював принцип еквівалентності, який стверджує, що фізичні процеси в гравітаційному полі не відрізняються від аналогічних явищ при відповідному прискореному русі. Принцип еквівалентності став основою нової теорії, названої загальною теорією відносності (ЗТВ). Можливість реалізації цієї ідеї Ейнштейн побачив на шляху узагальнення принципу відносності руху, тобто поширення його не тільки на швидкість, але і на прискорення рухомих систем. Якщо не приписувати абсолютний характер прискоренню, то виделенность класу інерційних систем втратить свій сенс і можна формулювати фізичні закони таким чином, щоб вони ставилися до будь-якій системі координат. В цьому і полягає загальний принцип відносності.

З точки зору ОТО простір нашого світу не володіє постійною нульовою кривизною. Кривизна його змінюється від точки до точки і визначається полем тяжіння, І час в різних точках тече по-різному. Поле тяжіння є не чим іншим, як відхиленням властивостей реального простору від властивостей ідеального (евклидова) простору. Поле тяжіння в кожній точці визначається значенням кривизни простору в цій точці. При цьому викривлення простору-часу визначається не тільки повною масою речовини, з якого складається тіло, а й усіма видами енергії, присутніми в ньому, в тому числі енергії всіх фізичних полів. Так, в ОТО узагальнюється принцип тотожності маси і енергії СТО: Е = mc2. Таким чином, найважливіша відмінність ОТО від інших фізичних теорій полягає в тому, що вона описує тяжіння як вплив матерії на властивості простору-часу, ці властивості простору-часу, зі свого боку, впливають на рух тіл, на фізичні процеси в них.

В ОТО рух матеріальної точки в полі тяжіння розглядається як вільний «инерциальное» рух, але те, що відбувається не в Евклідовому, а в просторі зі змінною кривизною. В результаті рух точки вже не є прямолінійним і рівномірним, а відбувається з геодезичної лінії викривленого простору. Звідси випливає, що рівняння руху матеріальної точки, а також і променя світла повинно бути записано у вигляді рівняння геодезичної лінії викривленого простору. Для визначення кривизни простору необхідно знати вираз для компонент фундаментального тензора (аналога потенціалу в ньютонівської теорії тяжіння). Завдання полягає в тому, щоб, знаючи розподілу тяжіють мас в просторі, визначити функції координат і часу (компонент фундаментального тензора); тоді можна записати рівняння геодезичної лінії і вирішити проблему руху матеріальної точки, проблему поширення світлового променя і т.д.

Ейнштейн знайшов спільне рівняння гравітаційного поля (яке в класичному наближенні переходило в закон тяжіння Ньютона) і таким чином вирішив проблему тяжіння в загальному вигляді. Рівняння гравітаційного поля в загальній теорії відносності є системою з 10 рівнянь. На відміну від теорії тяжіння Ньютона, де є один потенціал гравітаційного поля, який залежить від єдиної величини - щільності маси, в теорії Ейнштейна гравітаційне поле описується 10 потенціалами і може створюватися не тільки щільністю маси, але також потоком маси і потоком імпульсу.

Ще одна кардинальна відмінність ОТО від попередніх їй фізичних теорій полягає у відмові від ряду старих понять і формулюванні нових. Так, ОТО відмовляється від понять «сила», «потенційна енергія», «інерціальна система» »« евклидов характер простору-часу »та ін .; В ОТО використовують нежорсткі (деформуються) телаотсчета, оскільки в гравітаційних полях не існує твердих тіл і хід годин залежить від стану цих полів. Така система відліку (її називають «молюском відліку») може рухатися довільним чином, і її форма може змінюватися, у використовуваних годин може бути як завгодно нерегулярний хід. ОТО поглиблює поняття поля, пов'язуючи воєдино поняття інерції, гравітації і метрики простору-часу, допускає можливість гравітаційних хвиль. Гравітаційні хвилі створюються змінним гравітаційним полем, нерівномірним рухом мас і поширюються в просторі зі швидкістю світла. Гравітаційні хвилі в земних умовах дуже слабкі. Є можливість реальної фіксації гравітаційного випромінювання, що виникає в грандіозних катастрофічних процесах у Всесвіті - спалахи наднових зірок, зіткненні пульсарів і ін. Але їх досі експериментально виявити не вдалося.

Незважаючи на приголомшливий успіх загальної теорії відносності, в науковому співтоваристві існує дискомфорт, пов'язаний з тим, що її не вдається переформулювати як класичний межа квантової теорії через появу непереборних математичних расходимостей при розгляді чорних дір і взагалі сингулярностей простору-часу. Для вирішення цієї проблеми було запропоновано низку альтернативних теорій . Сучасні експериментальні дані вказують, що будь-якого типу відхилення від ОТО повинні бути дуже малими, якщо вони взагалі існують.

1. Акімов О. С. Природознавство. М .: ЮНИТИ-ДАНА, 2007.
   

2. Галілео Галілей. Діалог про дві найголовніші системи світу птоломєєвой і коперниковой », М.-Л., 1948.
   

3. Горєлов А. А. Концепції сучасного природознавства. - М .: Центр, 2006.
   

4. Горєлов А.А. Екологія (курс лекцій). Навчальний посібник. - М .: Центр, 2003.
   

5. Горохів В.Г. Концепції сучасного природознавства. - М.: ИНФРА-му, 2008.
   

6. Дубніщева Т.Я. та ін. Сучасне природознавство. - М .: Маркетинг, 2004.