Как Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности

В 1907 году, через два года после публикации своей специальной теории относительностиАльберт Эйнштейн пришел к ключевому выводу: специальную теорию относительности нельзя применять к гравитации или к объекту, испытывающему ускорение. Представьте, что кто-то сидит в закрытой комнате на Земле. Этот человек может чувствовать гравитационное поле Земли. Теперь поместите ту же самую комнату в космос, подальше от гравитационного воздействия любого объекта, и дайте ему ускорение 9,8 метра в секунду (то же самое, что и ускорение свободного падения Земли). У кого-то внутри комнаты не будет возможности отличить, что они чувствуют, — это сила тяжести или просто равномерное ускорение.

Затем Эйнштейн задумался, как будет вести себя свет в ускоряющей комнате. Если бы кто-то осветил фонариком комнату, казалось бы, свет наклонился вниз. Это могло произойти, потому что пол комнаты будет приближаться к световому лучу с все более высокой скоростью, поэтому пол будет догонять свет. Поскольку гравитация и ускорение эквивалентны, свет искривляется в гравитационном поле.

На поиск правильного математического выражения этих идей Эйнштейну потребовалось еще несколько лет. В 1912 году друг Эйнштейна, математик Марсель Гроссман, познакомил его с тензорным анализом Бернхарда Римана, Туллио Леви-Чивиты и Грегорио Риччи-Курбастро, который позволил ему одинаково выразить законы физики в разных системах координат. Затем последовали еще три года неправильных поворотов и тяжелой работы, но в ноябре 1915 года работа была завершена.

Физик Альберт Эйнштейн
Физик Альберт Эйнштейн

В своих четырех статьях, опубликованных в ноябре 1915 г., Эйнштейн заложил основы теории. В частности, в третьем он использовал общую теорию относительности для объяснения прецессии перигелия Меркурия. Точка, в которой Меркурий наиболее близко подходит к Солнцу, его перигелий, перемещается. Это движение нельзя было объяснить гравитационным влиянием Солнца и других планет. Это была такая загадка, что в XIX веке даже была предложена новая планета, Вулкан, вращающаяся близко к Солнцу. В такой планете не было необходимости. Эйнштейн мог рассчитать смещение перигелия Меркурия из первых принципов.

Читайте также:  Почему распался Советский Союз?

Однако истинная проверка любой теории состоит в том, может ли она предсказать то, что еще не наблюдалось. Общая теория относительности предсказала, что свет искривляется в гравитационном поле. В 1919 году британские экспедиции в Африку и Южную Америку наблюдали полное солнечное затмение, чтобы увидеть, изменилось ли положение звезд около Солнца. Наблюдаемый эффект был в точности тем, что предсказал Эйнштейн. Эйнштейн мгновенно стал всемирно известным.

Когда были объявлены результаты затмения, британский физик Дж. Дж. Томсон описал общую теорию относительности не как отдельный результат, а как «целый континент научных идей». Так оно и оказалось. Черные дыры и расширяющаяся Вселенная — это две концепции, уходящие корнями в общую теорию относительности. Даже спутники GPS должны учитывать общие релятивистские эффекты, чтобы обеспечить точные измерения местоположения людям на Земле.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *