Общей теории относительности Эйнштейна в этом году исполняется 100 лет

13 Марта 2015 в 14:20, Илья Хель 9 988 просмотров 4

ОТО

Знаменитой общей теории относительности Эйнштейна в этом году исполняется 100 лет, и она по-прежнему остается фундаментальной основой физики и астрономии. Эту теорию Эйнштейн опубликовал в 1915 году, и она легла краеугольным камнем в основу понимания ученых происхождения и эволюции Вселенной. До сих пор она вдохновляет ученых всего мира на поиск ответов на самые любопытные вопросы физики и астрономии, которые остаются без ответа.

Общая теория относительности «сейчас, как мне кажется, принимается за основу описания Вселенной в целом, то есть за основу космологии; она описывает черные дыры, нейтронные звезды, небольшие корректировки орбит планет и космических аппаратов в нашей собственной Солнечной системе», — говорит Роджер Блэндфорд из Института астрофизики частиц и космологии Кавли при Стэнфордском университете.

Природа гравитации

Эйнштейн

Общая теория относительно добавляет гравитацию к специальной теории относительности, которую Эйнштейн опубликовал в 1905 году. Специальная относительность утверждает, что законы физики одинаковы для всех неподвижных наблюдателей и что скорость света в вакууме не меняется, даже если наблюдатель или источник света находится в движении.

Специальная теория относительности объясняет отношения между энергией и массой известным уравнением E = mc^2, в котором E — энергия, m — масса, а c — скорость света в вакууме (порядка 1,08 миллиарда километров в час). Эта теория также объединяет пространство и время в четырехмерное пространство-время.

Общая теория относительности расширяет эту последнюю идею, поясняя, что материя искривляет пространство-время, подобно тому как тяжелый шар создает впадину на мягкой поверхности. Это важное и монументальное понимание природы пространства пришло к Эйнштейну не сразу; он пришел к нему после десяти лет напряженной и тяжелой мысленной работы.

«Он должен был двигаться вперед. Он предложил идеи, от которых впоследствии сам отказался. Но продолжал двигаться вперед, — Блэндфорд рассказал Space.com. — Он руководствовался не математическими идеями или математическими техниками. В первую очередь его вела физическая интуиция; эта необычайно мощная физическая интуиция весьма хорошо послужила ему в прошлом».

Общая теория относительности характеризует гравитацию не как врожденную силу, действующую на объекты, а как следствие искривления пространства-времени. (Представьте себе, как шар катится по наклонной поверхности, созданной шаром, лежащим на мягкой кровати).

Это была мощная и радикальная идея — и она стала предметом пристального внимания на сотню лет.

Подтверждения со всех сторон

Общая теория относительности предсказывает, что свет будет выбирать кривой путь, огибая массивный объект вроде галактического скопления, которое будет существенно влиять на пространство-время.

Этот эффект астрономы наблюдали экспериментально; более того, астрономы используют «гравитационные линзы» для изучения далеких источников света. На самом деле, в меньших масштабах, это явление даже помогает искать планеты за пределами Солнечной системы. (Экзопланеты могут быть обнаружены по тому, как их родные звезды искривляют свет от фоновых объектов).

Особенности орбиты Меркурия вокруг Солнца также подтверждают общую теорию относительности.

Гравитация

«Она объясняет аномальную прецессию перигелия Меркурия, или вращение линии, соединяющей Солнце с точкой наибольшего сближения с планетой, — писал Блэндфорд в статье Science. — Эйнштейн использовал общую теорию относительности, чтобы объяснить 10-процентное расхождение в прецессии, связав ее с гравитационным притяжением других планет, 43 угловых секунды в столетие».

Другие типы наблюдаемых данных также помогли поставить общую теорию относительности на твердую основу, говорит Блэндфорд.

«Мы проверили ее много-много раз, самыми различными способами», — говорит он. — «Думаю, справедливо было бы сказать, что нет никаких убедительных измерений или наблюдений, которые могли бы вызвать сомнения в ОТО».

Темная Вселенная

Общая теория относительности также предполагает, что подавляющая часть Вселенной состоит из вещей, которые люди не могут обнаружить напрямую (на данном этапе), иногда даже понять, пишет Дэвид Спергель из Принстонского университета.

Тщательное изучение движения света и материи во Вселенной показало, что «нормальная» материя сама по себе не может объяснить закономерности кривизны пространства-времени. Действительно, наблюдения показывают, что только 5% Вселенной состоит из знакомой нам атомарной материи, в то время как 25% приходится на темную материю, и 70% — на темную энергию.

Темная материя не излучает и не поглощает свет, выдавая свое присутствие только за счет гравитационных эффектов. Темная энергия, тем временем, представляет собой таинственную силу, которая ассоциируется с пустым пространством и считается ответственной за ускоряющееся расширение Вселенной.

В 1917 году Эйнштейн ввел термин «космологическая постоянная» в общую теорию относительности как силу отталкивания, которая противодействует гравитации и удерживает Вселенную в статическом состоянии (на тот момент это был преобладающий взгляд на природу Вселенной). После того как наблюдения Эдвина Хабла в 1929 году показали, что наша Вселенная на самом деле расширяется, Эйнштейн отказался от космологической постоянной, посчитав ее «самой большой ошибкой» своей жизни.

Но постоянная оказалась пророчеством, ведь сегодня астрономы пытаются понять природу темной энергии, которая вполне подходит на ее роль.

«Почему расширение Вселенной ускоряется? Наиболее возможный вариант — космологическая постоянная (или эквивалент энергии вакуума пустого пространства) движет космическим ускорением», — пишет Спергель. — «Другой вариант — развивающееся скалярное поле заполняет пространство (вроде поля Хиггса или поля инфляции, которое быстро расширило Вселенную в ранние ее дни). Обе эти возможности объединяет в себе «темная энергия».

«Поскольку все доказательства темной энергии используют уравнения общей теории относительности, есть мнение, что новая теория гравитации поможет объяснить наблюдения, — добавляет он. — Возможности включают модифицированные теории гравитаций с дополнительными измерениями».

Будущее

Общая теория относительности будет продолжать объединять усилия физиков, космологов и астрономов еще долгое время в будущем, считает Блэндфорд.

К примеру, ученые будут использовать теорию, чтобы получить лучшее понимание черных дыр, нейтронных звезд и других небесных тел и явлений. Ученые также будут продолжать зондировать природу темной энергии и темной материи, пытаясь понять Вселенную в самых широких масштабах.

И, наконец, ученые пытаются объединить общую теорию относительности с квантовой механикой, поженить очень большое на очень маленьком. Эта грандиозная и долгожданная «теория всего» по-прежнему ускользает от физиков, но они думают, что это достижимо.

«Есть много интересных идей. Буду оптимистом и выражу надежду, что мои коллеги смогут осуществить это».

Общей теории относительности Эйнштейна в этом году исполняется 100 лет

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

4 комментария

  1. storm X

    Скорее не статья, но своеобразая дань уважения и срез историчесеого момента (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • photon

      Общая Теория Относительности постулирует замедление времени в поле гравитации. Однако, нет ни одного ВАЛИДНОГО экспериментального факта, подтверждающего эффект замедления времени в ОТО. То, что в научно-популярной литературе выдаётся за факт - никакого отношения к строгой науке не имеет. Единственный эксперимент, описанный в реферируемом журнале и дающий физические данные (данные по частоте излучения атома, а не красному смещению), это Эксперимент Хафеле-Китинга и этот эксперимент не валиден, т. к. нельзя дать валидный результат уровня 10^-12 сек. оборудованием с точностью измерения 10^-11 сек. по атомной частоте, которое использовалось в эксперименте.
      Дилетанты, не понимающие сути вопроса, часто заявляют, что оборудование на спутниках GPS учитывает релятивистские поправки, что проводилось много экспериментов с высокоточными часами, доказывающими, что верен эффект замедления времени в поле тяготения, согласно ОТО. Такое заявление ошибочно. Оборудование на спутниках GPS не позволяет получить необходимые данные, т. к. часы на спутниках (по атомному стандарту частоты с соответствующим счётчиком осцилляций) не имеют необходимой точности - на борту спутников размещены оптические часы. Редкий специалист понимает разницу между атомными и оптическими часами, хотя в основе и тех и других - атомный стандарт частоты. Также, все известные в науке эксперименты (по состоянию на 2015), за исключением эксперимента Хафеле-Китинга, проводились с оптическими часами (лазерами/мазерами), а не атомными – т. е. эксперименты связаны с эффектом красного смещения. Сам же эффект красного смещения легко объясняется из закона сохранения энергии, для его объяснения не требуется ОТО.
      Для тех, кто сомневается, что ОТО не имеет до сих пор валидного экспериментального доказательства (каким может быть только прямое сравнение показаний атомных часов, не частот лазера, при разных гравитационных потенциалах) - существует официальный конкурс.
      Конкурс "Время и гравитация". К 100-летию Общей Теории Относительности Эйнштейна и вопросу о ходе времени в поле гравитации. 100 тысяч долларов любому за доказательство замедления времени в поле гравитации, согласно ОТО. http://www.is-si.ru/2015.htm
      Конкурс объявлен в связи с выдвижением гипотезы об Эффекте Солошенко-Янчилина http://www.is-si.ru/timerate.pdf (The Effect of Soloshenko-Yanchilin http://www.is-si.ru/atomic-pp.pdf ), который противоположен эффекту ОТО. Т. е., согласно Эффекту Солошенко-Янчилина, время ускоряется (частота излучения атома увеличивается) с увеличением абсолютного значения гравитационного потенциала. Без факта измерения - оба эффекта (эффект ОТО Эйнштейна и Эффект Солошенко-Янчилина) носят гипотетический характер. Только экспериментальный факт может дать ответ о подлинном характере хода времени в поле гравитации.
      Если существуют эксперты, которые готовы привести хотя бы один экспериментальный факт измерения (указав научную статью, где, кем и когда было получено измерение - прямое сравнение показаний атомных часов при разных гравитационных потенциалах) замедления времени в поле гравитации - им стоит подать заявку на получение приза в 100 тысяч долларов http://www.is-si.ru/2015.htm Срок действия конкурса - не ограничен.

  2. Supreme inside

    Да за, что его уважать-то? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. loijeje

    Слухайте: Теория относительности коллосально расширила границы области познания для человека,но она же их и ограничила, в силу того что в её основе заложена логическая ошибка: мнимое событие одно(вспышка)которое произошло(беспричинно) в двух инерциальных системах-1=2.На нынешнем этапе развития науки назрела необходиость определения путей выхода за границы очерченные теорией относительности. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.