1919

В закладки

Сто лет назад Эйнштейн стал знаменитым

Конечно, он уже был хорошо известен среди физиков. Но мир в целом узнал его имя только после ноября 1919 года, когда стало известно, что его теория гравитации была подтверждена — к ужасу многих поклонников Исаака Ньютона.
«Все огни на небе перекошены, — гласил заголовок в «Нью-Йорк Таймс». — Теория Эйнштейна торжествует » , — добавил подзаголовок. Как говорилось в статье, наблюдение звезд вблизи Солнца во время солнечного затмения обнаружило, что их видимое положение изменилось именно так, как предсказывал Эйнштейн. Закон всемирного тяготения Ньютона, считавшийся незыблемым уже более двух столетий, был отменен.

Первый серьезный тест общей теории относительности Эйнштейна был проведен в 1919 году во время затмения, показанного здесь на изображении из научной статьи, сообщающей, что свет от далеких звезд был искривлен гравитацией Солнца, как и предсказывала теория Эйнштейна.

Но несмотря на триумф теории Эйнштейна — общей теории относительности — физики все еще задаются вопросом, столкнётся ли она когда-нибудь с той же судьбой, что и закон Ньютона. Хотя гравитация Эйнштейна до сих пор прошла все испытания, никто не знает наверняка, что она применима везде и при всех условиях. В частности, нет никакой гарантии, что общая теория относительности царит над всем пространством космоса
После того, как Эйнштейн предложил свою новую теорию, она в основном игнорировалась в течение нескольких десятилетий. Но во второй половине 20-го века общая теория относительности стала теорией Вселенной. Его уравнения описывают расширение космоса от его начального горячего Большого взрыва с высокой плотностью до его текущего быстро ускоряющегося расширения. И сегодня общая теория относительности завоевала все большую популярность, поскольку ученые подтвердили ее более экзотические предсказания, включая черные дыры и колебания в пространстве, известные как гравитационные волны.
Но вереница успехов общей теории относительности не может быть бесконечной. Это правда, что теория (наряду с теорией для трех других фундаментальных сил природы) описывает наблюдаемую Вселенную довольно хорошо. Это описание включает в себя огромные количества невидимой массы, известной как темная материя, а также особую отталкивающую силу, называемую темной энергией, наполняющей все пространство. Но существование темного вещества выводится из предположения, что общая теория относительности верна.

Учитывая, что нет никаких других (негравитационных) доказательств для темного сектора, это вопрос здравого смысла, чтобы поставить под сомнение некоторые из фундаментальных предположений, которые входят в доказательства. И главным предположением является то, что общая теория относительности является основной теорией гравитации.

Педро Феррейра, астрофизик Оксфордского университета

Другими словами, вполне возможно, что нет никакой темной материи. Если это так, то очевидные доказательства его существования могут на самом деле быть признаком того, что истинная космическая теория гравитации отличается от эйнштейновской. Если это так, то нынешняя картина космоса должна быть радикально перерисована.
Тем не менее, у физиков есть много причин для уверенности в надежности общей теории относительности. Во-первых, она решила сложную проблему, которая озадачила астрономов относительно планеты Меркурий: несоответствие ее орбиты прогнозу ньютоновской гравитации. Эйнштейн объявил о своей теории в 1915 году, как только он смог показать, что она правильно предсказала фактическую орбиту Меркурия.

Ключом к разгадке тайны Меркурия для Эйнштейна было понимание гравитации как эффекта геометрии пространства (или технически, пространства-времени, поскольку его более ранние работы показали, что пространство и время неразделимы). Гравитация — это не взаимное притяжение массивных объектов, говорил Эйнштейн, а скорее результат искажения массой окружающего ее пространства-времени. Объекты вращаются или попадают в массивное тело в зависимости от того, насколько сильно искривлено пространство-время вокруг него. Вместо того чтобы реагировать на какую-то притягивающую силу, массы просто следуют контурам геометрии пространства-времени.
Гравитация как геометрия привела к знаменитому предсказанию, подтвержденному в 1919 году затмением. Эйнштейн указал, что искривление пространства-времени вблизи Солнца заставит свет от далеких звезд искривляться, проходя рядом, изменяя видимое положение звезд, видимое с Земли. Это предсказание вдохновило экспедицию на западноафриканский остров Принсипи в мае 1919 года, возглавляемую британским астрофизиком Артуром Эддингтоном. Команда Эддингтона обнаружила, что положение нескольких звезд сдвинулось ровно на ту величину, на которую указывала математика Эйнштейна, и вдвое больше, чем предсказывал закон Ньютона.

За прошедшее столетие гравитация Эйнштейна прошла множество дополнительных испытаний, таких как впечатляющее обнаружение гравитационных волн, о котором сообщалось в 2016 году . Но проверить эту теорию невозможно при всех мыслимых условиях. А эксперты уже давно подозревают, что общая теория относительности не может быть верной в областях с чрезвычайно высокой плотностью масс. Например, в центре черной дыры уравнения теории больше не имеют смысла, потому что они подразумевают, что плотность материи станет бесконечной.

Спектрограмма показывает возрастающую частоту гравитационных волн, испускаемых столкновением между нейтронными звездами, обеспечивая вид данных, которые могут быть использованы для проверки общей теории относительности Эйнштейна.

Еще одним проверяемым принципом общей теории относительности является ее требование о том, что гравитация движется со скоростью света. Гравитационные волны дают возможность проверить это. В 2017 году произошло слияние двух нейтронных звезд они не только посылали на Землю гравитационные волны (преодолевая расстояние в 130 миллионов световых лет), но и испускали всплески электромагнитного излучения, включая рентгеновские и гамма-лучи, которые двигались с той же скоростью, что и свет. Время прибытия электромагнитных лучей и гравитационных волн показало, что их скорости движения идентичны (в пределах одной части квадриллиона), что исключает многие альтернативные теории гравитации, которые предсказывают разницу.
В дальнейшем такие тесты и более точные наблюдения других космологических особенностей (таких как остаточное микроволновое фоновое излучение, генерируемое во времена молодости Вселенной) все еще могут когда-нибудь найти недостатки в общей теории относительности. Если это так, то некоторые поклонники Эйнштейна могут быть разочарованы, но большинство физиков-нет. Они бы с удовольствием открыли новую главу в истории физики.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

15
Войдите, чтобы видеть ещё 14 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Сергей Королёв
Вечность назад

Неплохая лекция Олега Верходанова, посвященная научному наследию Эйнштейна: https://www.youtube.com/watch?v=UO-nKOxluw4. Там не только про ОТО.

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.