От людей не связанных с наукой порой приходится слышать презрительное «Теория относительности — это всего лишь теория» с намёком на то, что доказательств нет поэтому хочу верю — хочу не верю. Давайте все же разберёмся действительно ли теория относительности является «всего-лишь теорией»?
Фраза «всего-лишь теория», происходит из того, что в обычной жизни, слово «теория» значит: гипотеза, догадка, предположение.
В науке же теория означает систему знаний описывающую законы природы, не противоречащую всем известным фактам. Теория настолько близка к истине, насколько это возможно на текущем уровне развития науки. Поэтому, когда кто-то пытается язвить говоря «Это всего-лишь теория», на самом деле он хвалит теорию относительности, а не сомневается в ней.
Итак, к доказательствам.
А их очень много! Так много, что если бы я писал по статье в день о каждом из них, то мне бы хватило материала надолго. Для этой статьи я выбрал наиболее наглядные.
Смещение перигелия Меркурия
В 19-м веке обнаружили, что орбита Меркурия смещается поворачиваясь вокруг Солнца на несколько угловых секунд в год.
Казалось бы — ну и что? Но дело в том, что этот поворот не мог быть объяснен в рамках закона всемирного тяготения. Что только не придумывали, чтобы объяснить эту прецессию. Самой популярной была гипотеза о том, что между Солнцем и Меркурием есть еще одна планета. Ей даже дали название — Вулкан, только найти её никак не удавалось.
А потом появилась теория относительности. Расчёты сделанные на её основе идеально объяснили поведение орбиты Меркурия без необходимости существования еще одной планеты.
Гравитация и свет
Теория относительности предсказывает, что свет проходя вблизи массивных тел отклоняется. Впервые на практике это удалось проверить в 1919-м году во время полного солнечного затмения.
Благодаря гравитационному отклонению многим учёным удалось увидеть как свет звёзд отклонялся, при прохождении Солнца рядом с ними.
В настоящее время уже не нужно ждать солнечных затмений, чтобы произвести такие наблюдения. Так например спутник Hipparcos способен обнаруживать отклонение света звёзд с точностью до миллионных долей угловой секунды. Все наблюдения сделанные этим спутником идеально совпадают с предсказаниями теории относительности.
Гравитационные волны
Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн еще в 1916-м году, однако он считал, что они никогда не будут обнаружены, так как гравитационные волны очень слабы.
Они действительно не были обнаружены при жизни Эйнштейна. Однако в 60-х годах учёные придумали способ, с помощью которого можно было бы обнаружить микроскопические деформации пространства при прохождении через них гравитационных волн.
Увы, расчёты показывали, что нужна недостижимая на тот момент точность измерений, чтобы обнаружить гравитационные волны. Потребовалось полвека работы, чтобы довести технологии до нужного уровня точности и в 2015-м году волны были обнаружены.
Лучшим доказательством теории относительности является даже не то, что они были обнаружены, а то, что это случилось именно тогда, когда точность измерений достигла расчётных значений.
Влияние скорости и гравитации на течение времени
Теория относительности предсказывает, что чем быстрее вы двигаетесь в пространстве, тем медленнее вы двигаетесь во времени. Кроме того общая теория относительности гласит, что в гравитационном поле массивных объектов течение времени замедляется. Помните планету из «Интерстеллар», где время текло медленно? Это был эффект нахождения поблизости от сверхмассивной чёрной дыры.
Оба эти эффекта были экспериментально проверены с использованием синхронизированных пар сверхточных атомных часов. Одни часы оставались на Земле, а вторые отправлялись на орбиту. По возвращению часов на Землю они оказывались рассинхронизированы с их копией. Величина рассинхрона точно совпала с расчётами.
Этот эффект используется во всех системах спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС и др.). GPS-приёмники получающие значения времени со спутниковых часов подвергаются корректировке с учётом теории относительности. Если бы этого не делалось, то за считанные часы вся спутниковая навигация стала бы совершенно бесполезной.
Черная дыра
Существование черных дыр напрямую следует из общей теории относительности. До недавнего времени мы наблюдали множество косвенных признаков существования черных дыр, но прямых наблюдений не было. И вот буквально месяц назад мир всколыхнула новость о первой фотографии чёрной дыры.
Доказательством теории относительности является даже не столько сам факт того, что удалось наконец увидеть чёрную дыру. В конце концов среди подавляющего большинства учёных сомнений в существовании черных дыр и так не было.
Доказывает теорию относительности то, насколько точно совпало изображение черной дыры с результатами моделирования. Кроме того помимо визуальной картинки были измерены и многие параметры черной дыры M87, такие как, например, скорость вращения вещества в аккреционном диске и т.п. Как не сложно догадаться значения всех этих параметров идеально совпали с предсказаниями теории относительности.
Заключение
Есть и множество иных доказательств теории относительности. Например увеличение времени жизни частиц на высоких скоростях, гравитационное красное смещение, эффект Шапиро (задержка радиосигнала отраженного от других планет при прохождении сигнала вблизи Солнца) и так далее,
Таким образом теория относительности специальная и общая являются общепризнанными прежде всего потому, что они работают. На основании теории относительности можно делать сложные расчёты и быть уверенным, что они с огромной точностью будут соответствовать реальности.
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!