ОТО: пространство и время

К 1916 году Альберт Эйнштейн расширил свою «специальную» теорию относительности (СТО) до общей (ОТО). Это позволило ему исправить ошибки механизмов классической физики при рассмотрении движения очень больших объектов, таких как планеты и звезды.

Законы движения и тяготения Ньютона прекрасно работают, когда надо предсказать падение обломка скалы или полет ядра к цели. Они могут даже помочь рассчитать, как ракета полетит до Луны. Однако при попытках рассчитывать движение огромных объектов, таких как планеты, накапливались необъяснимые ошибки. К 1916 году Альберт Эйнштейн развил свою общую теорию относительности (ОТО), которая смогла поправить эти ошибки.

«Гений — это 1% вдохновения и 99% потения», — говорил Томас Эдисон. Меж тем Альберт Эйнштейн выглядит здесь довольно расслабленным. Чтобы довести до совершенства общую теорию относительности, ему потребовалось 11 лет труда

Теперь ньютоновская физика перестала быть точной моделью Вселенной и осталась лишь практичным инструментом с удобной формой записи для решения относительно простых задач (например, полет до Луны). Если вы хотите реально понять, что будет происходить, вам потребуется общая теория относительности.

Новая теория Эйнштейна еще больше расширила связь между пространством, временем, массой и энергией по сравнению со специальной теории относительности достижением (СТО), сформулированной на 11 лет раньше. ОТО могла в полной мере показать природные явления во всех тонкостях, тогда как СТО лишь предсказывала, что будет, если объект летит с околосветовой скоростью. Всегда считалось, что самый короткий маршрут между точками — это прямая. Но Эйнштейн показал, что и прямая линия иногда может быть искривленной.

Картина, полученная космическим телескопом НАСА «Хаббл», зарегистрировала действие предсказанной ОТО гравитационной линзы, и это явление получило название «кольцо Эйнштейна». Расположенная в центре красная галактика при небольшой светимости отличается огромной массой и потому искривляет пространство-время настолько, что свет далекой галактики фона до неузнаваемости искажается в подковку

Причина этого искривления в том, что любая масса искажает пространство-время, а массивные объекты, такие как звезды, могут искажать довольно сильно. Если вы используете мерную ленту (правда, очень длинную) для измерения расстояния между двумя точками вблизи звезды, эта лента при своей изогнутости покажется вам прямой, поскольку само пространство-время будет искривлено вместе с вашей лентой. Если же вы решите визуально поместить точки на одной линии, то тоже ничего не заметите, потому что даже луч света между точками будет идти по искривленной траектории.

Эйнштейн объяснил действие сил тяготения с точки зрения искривления пространства-времени. Все массы слегка «проваливают» ткань пространства-времени, превращая ее в «гравитационные воронки», а самые тяжелые — в «гравитационные колодцы», так что падающее на землю яблоко просто скатывается по краю огромной гравитационной воронки Земли вниз.

Искривление пространства — это не «изобретение» научных фантастов. Любая масса искривляет пространство-время

Земля скользит по краю такой воронки, создаваемой Солнцем, которая еще глубже. Она не устремляется в роковое падение вниз, а удерживается на крае за счет скорости, подобно шарику в безостановочной рулетке. Прошло немало лет, прежде чем обе теории относительности были приняты в научном сообществе, однако теоретическая мысль не остановилась, и в наши дни есть группы физиков, которые занимаются трудной проблемой соединения ОТО с квантовой теорией.