Продолжаю рассказывать про то, что я вычитал в «Краткой истории времени» Стивена Хокинга. Это четвёртая часть рассказа.

В Ньютоновской механике получается, что гравитация действует мгновенно и на любом расстоянии: если сдвинуть один объект, то сила, действующая на второй изменится мгновенно. Но тогда получается, что один объект действует на другой со скоростью выше скорости света, а это противоречит принципу инвариантности законов природы относительно любой системы отсчёта.

Общая теория относительности

В 1915 году Эйнштейн предложил общую теорию относительности. Он предположил, что гравитация — это не обычная сила, а следствие того, что пространство-время не является плоским, как считалось ранее. Оно искривляется распределёнными в нём массой и энергией. Такие тела, как Земля, не принуждаются двигаться по искривлённым орбитам гравитационной силой; они движутся по линиям, которые в искривлённом пространстве более всего соответствуют прямым в четырёхмерном пространстве-времени. То есть масса Солнца так искривляет пространство-время, что, хотя в четырёхмерном пространстве Земля движется по прямой, в нашем трёхмерном пространстве она движется по круговой орбите.

Теория Эйнштейна предсказывала траектории планет почти как по теории Ньютона, но не совсем. Более точные измерения показали верность теории Эйнштейна.

Масса отклоняет траекторию света

С точки зрения физиков того времени гравитация вообще не должна влиять на свет. Гравитация — это сила, пропорциональная массам объектов, а у света нет массы. Общая теория относительности предсказывала, что тяжёлые объекты, типа Солнца, должны отклонять свет от звёзд, проходящих близко к нему. В обычных условиях Солнце ярко светит и разглядеть за ним звёзды не получается, но во время солнечного затмения этот эффект должен быть виден. В итоге эксперименты это подтвердили.

Масса искажает течение времени

Общая теория относительности предсказывала, что вблизи массивных объектов, типа Земли время должно течь медленнее, чем на орбите. Это следует из того, что должно соблюдаться определённое соотношение между энергией света и его частотой (то есть числом световых волн в секунду): чем больше энергия, тем выше частота. Если свет распространяется вверх по гравитационному полю Земли, то он теряет энергию, а потому его частота уменьшается. (То есть увеличивается интервал между гребнями двух соседних волн). Наблюдателю на большой высоте должно казаться, что внизу всё происходит чуть-чуть медленее.

В 1962 году это было проверено экспериментально. А сейчас это становится важно при работе геопозиционирования по сигналам со спутников GPS и Глонасс. Если не делать поправки на эффекты теории относительности, то координаты будут рассчитаны с ошибкой в несколько километров.

Я даже могу представить себя на месте программиста чипа GPS в смартфоне, который проклинает Эйнштейна с его теорией относительности, из-за которых у него координаты глючат :-)

Фотка с телефона по запросу четырёхмерное пространство-время

Все части серии

1. Эволюция представлений об устройстве Вселенной
2. Неабсолютное пространство
3. Неабсолютное время
4. Взаимодействие света и гравитации
5. Предельная скорость перемещения в пространстве
6. Большой взрыв, большое схлопывание и тепловая смерть
7. Жизненный цикл звёзд и чёрные дыры
8. Квантовая физика и вероятностный мир

Где купить книгу

— Бумажную — на Озоне, я читал её,
— электронную — на Литресе,
— аудиоверсии пока нет.

Как получать свежие посты

— Электронная почта и РСС — туда попадают только посты в блог,
— телеграм-канал, фейсбук и твиттер — туда попадают заинтересовавшие меня ссылки с короткими комментариями,
— инстаграм — туда иногда выкладываю фотки.