Читать онлайн «Структура пространства-времени»

R. PENROSE Structure of space-time BATTELLE RENCONTRES 1967 Lectures in Mathematics and Physics Chapter VII Edited by CECILE M. DEW ITT University of North Carolina at Chapel Hill and JOHN A. WHEELER Princeton University W. A. BENJAMIN, INC. , NEW YORK-AMSTERDAM 1968 Р. ПЕНРОУЗ Структура пространства-времени ПЕРЕВОД С АНГЛИЙСКОГО Л. П. ГРИЩУКА и Н. В. МИЦКЕВИЧА ПОД РЕДАКЦИЕЙ акад. Я. Б. ЗЕЛЬДОВИЧА и И. Д. НОВИКОВА С ПОСЛЕСЛОВИЕМ Р. ПЕНРОУЗА Издательство «Мир» МОСКВА 1972 УДК 53 + 52 Имя автора хорошо знакомо физикам-теоретикам и космологам. Именно Пенроузу принадлежит доказательство важной теоремы о неизбежности возникновения физической сингулярности пространства-времени в ходе релятивистского коллапса тел. В этой небольшой книге изложены проблемы общей теории относительности, в том числе природа общей относительности, конформная бесконечность, горизонты событий и частиц, релятивистский гравитационный коллапс и роль сингулярностей в космологии, а также развитые автором методы анализа структуры пространства-времени. Книга представляет большой интерес для физиков-теоретиков, астрофизиков, космологов — как специалистов, так и студентов старших курсов высших учебных заведений и аспирантов. Редакция космических исследований, астрономии и геофизики 2-6-2, 2-3-3 93-72 От редакторов перевода Созданная Эйнштейном общая теория относительности легла в основу научного подхода к изучению геометрических свойств пространства и времени физического мира. Уравнения Эйнштейна описывают локальные искривления пространства-времени; решения же этих уравнений определяют структуру пространства-времени. Уже в первых космологических работах самого Эйнштейна возник вопрос о геометрических свойствах пространства-времени в целом, т. е. о его топологии. В этих работах (выполненных задолго до открытия Хабблом разбегания галактик) 3-мерное пространство рассматривалось как 3-сфера неизменного радиуса, вечно существующая во времени. Так был впервые поставлен вопрос о геометрических свойствах 3-мерного пространства: бесконечно ли оно, бесконечно ли число небесных тел во вселенной или же пространство замкнуто и конечно по объему? Дальнейшее развитие космологии (построение моделей расширяющейся вселенной Фридманом, работы Эддингтона, Леметра и др. ) привело к постановке новой проблемы — проблемы сингулярности в космологии. В расширяющихся однородных изотропных моделях вселенной (справедливость которых подтверждается наблюдениями) расширение начиналось с сингулярного состояния — бесконечно большой плотности материи и бесконечно большой кривизны пространства-времени. Естественно возникает вопрос, является ли эта особенность свойством лишь однородных изотропных моделей. Быть может, в общем случае, когда рассматриваются отклонения от строгой изотропии и однородности, бесконечности кривизны 6 ОТ РЕДАКТОРОВ ПЕРЕВОДА и плотности материи не появляются? Не оказывается ли сингулярность специальным случаем «фокусировки» в вырожденном случае строго однородных и изотропных моделей?