Общая теория относительности

Несмотря на то что общая теория относительности очень сложна математически, ос­новные её идеи можно понять, не прибегая к высшей матема­тике. В её основе лежат два постулата, основанные на точных экспериментах:

• Скорость света есть предельная скорость распределения сигнала и одинакова во всех системах отсчёта (опыт Майкельсона—Морлея, лежащий в основе специальной теории относи­тельности).
• Все тела в гравитационном поле движутся с одинаковым ускорением независимо от массы.

Искривлённое пространство

Уже в специальной теории относительности (СТО) Эйнштейн показал, что мир имеет четыре измерения — три пространст­венных и одно временное. Но СТО применимо только к инерциальным системам отсчёта. В неинерциальной системе отсчёта (в ньютоновской физике) появляются силы инерции (на­пример, центробежная сила), которые тоже вызывают ускоре­ния всех тел, не зависящие от массы. Эйнштейн предположил, что силы тяготения имеют ту же природу, что и силы инер­ции. В действительности в четырёхмерном мире тела движут­ся тоже по инерции. Но наличие тяжёлой массы (чаще гово­рят: гравитационной массы) приводит к тому, что свойства че­тырёхмерного пространства в её окрестности изменяются, оно становится искривлённым. Это означает, что правила измере­ний расстояний в таком пространстве отличаются от теоремы Пифагора. Пространство с такими новыми правилами называ­ется искривлённым.

Искажения пространства

Мы ощущаем только трёхмерное пространство. Поэтому дви­жение тел, наблюдаемое нами, — это проекция четырёхмер­ного пространства на трёхмерное пространство и на ось вре­мени. Естественно, что при таких проекциях возможны иска­жения. Очень грубая аналогия — географическая карта. На любой карте есть искажения, и очень значительные, если кар­та изображает весь земной шар или значительную его часть. Так, на картах в проекции Меркатора меридианы и паралле­ли изображаются прямыми линиями. В этой проекции нет по­стоянного масштаба. Поэтому если мы проведём на глобусе большой круг (аналог прямой на плоскости) и будем двигать­ся по нему равномерно, то на карте Меркатора наша траекто­рия представится кривой линией и движение по ней будет ус­коренным.

Ряд выводов общей теории относительности непосредственно касается астрономических проблем.

Общая теория относительности необхо­дима для расчётов движения малых планет и космических аппаратов, при полётах к асте­роидам и далёким планетам. Примером необходимости таких расчётов служат проекты «ВеГа» (полет к Венере, оттуда навстре­чу комете Галлея) и проекты «Пионер» и «Вояджер».

Общая теория относительности предсказала чёрные дыры, гравитацион­ные волны (прямых измерений нет, но косвенные подтверждения есть) и искривление лу­чей света в поле тяготения (так называемая гравитационная линза). На рисунке 81 показана одна из таких линз, снятых космическим телескопом Хаббла. Все объекты на этом сним­ке — галактики, их форма искажена отклонением лучей света в поле тяготения невидимой нами галактики, располо­женной значительно ближе к нам.

Можно уверенно сказать, что все предсказанные общей теорией относительности эффекты обнаружены и полностью подтверждают выводы теории. Материал с сайта http://wiki-what.com

Вопрос о применении той или иной теории к Все­ленной в целом — один из сложнейших вопросов философии естествознания. Ведь теория строится на материале исследо­ваний и экспериментов в ограниченной области пространства и на ограниченном промежутке времени, а применяется ко всей Вселенной. Поэтому в каждый данный момент мы долж­ны считать, что наши представления о Вселенной верны. Но при этом необходимо понимать, что в дальнейшем наступит момент, когда новые экспериментальные данные приведут к заключению, что наша теория неверна. Так будет создана но­вая теория, которая сможет объяснить новые и старые экспериментальные данные и определит границы, в которых верна и применима старая теория.

Космологические парадоксы

В общей теории относительности нет гравитационного парадокса, как такового, так как в ней непосредственно вычисляются ускорения тел отно­сительно друг друга, а суммарное действие удалённых тел рав­но нулю. Легко разрешается и фотометрический парадокс.