Так как мы можем визуализировать пространство-время, чтобы помочь понять это удивительное открытие?
Нам понадобится большой круглый резиновый лист (что-то вроде батута), тяжелый мяч, мрамор и друг. Теперь представьте себе, что резиновый лист туго натянут по краям; это пространство-время. Без чего-либо на нем, он плоский. Пусть ваш друг встанет напротив вас, а затем возьмите шарик и покатите его к ним; шарик представляет собой фотон. То, что ваш друг наблюдает, - это мрамор, катящийся к ним по прямой линии.
Теперь поместите тяжелый шар в центре листа; шар — это массивное тело, подобное Земле или солнцу. То, что вы и ваш друг наблюдаете, - это шар, погружающийся в простыню и создающий своего рода колодец; этот колодец-то, что мы переживаем как гравитацию!
Давайте еще раз скатим шарик к вашему другу, за исключением этого времени с мячом, деформирующим простыню. Если вы катите мрамор достаточно быстро, он будет погружаться в колодец, немного катиться по внутренней стенке колодца, а затем вверх и из колодца.
В зависимости от того, как быстро вы катили мрамор, или насколько глубок колодец, повлияет на то, где мрамор выходит с другой стороны. Ваш друг увидит, где вы первоначально катили мрамор, но там, где он выходит из колодца, не обязательно будет напротив того, где вы стоите. Мрамор будет отклонен на новую траекторию. Имея это визуальное представление ввиду, теперь вы можете до некоторой степени понять, как свет, казалось бы, изгибается в присутствии гравитации!
Для света он движется по прямой линии, но если само пространство-время искривлено, то свет будет следовать этой кривизне.
Вы можете спросить “ как мы не видим этого искривления света на Земле? Земля огромна, и поэтому свет должен сгибаться вокруг нас!”. Ну, вообще-то да. Но это такое маленькое отклонение, что оно остается незамеченным. Вспомните сценарий, представленный на листе: в зависимости от того, насколько быстро мрамор катился или насколько глубоко был колодец, это определило бы, где мрамор выходит из колодца.
На самом деле свет распространяется чрезвычайно быстро, и это значение фиксируется для всех наблюдателей (что мы вскоре рассмотрим). Это означает, что единственное, что определяет, насколько сильно свет отклоняется от того, что видит наблюдатель (например, ваш друг), - это то, насколько глубоко в пространстве-времени находится колодец (называемый гравитационным колодцем), с которым взаимодействует свет. Поскольку свет так быстр, вам понадобится невероятно глубокий гравитационный колодец, чтобы заметить эту кривизну.
Это именно то, что знал Эйнштейн, когда он постулировал эту идею. Он знал, что ему понадобится нечто с гораздо большей массой, чем у Земли, чтобы когда-либо увидеть изгиб света с помощью технологии, которую он имел в то время. Он признал, что наше Солнце будет иметь достаточную массу, чтобы создать гравитационный колодец, достаточно глубокий, чтобы создать заметное отклонение света.
И что будет поставлять свет для измерения? Отдаленные звезды.
Но единственный способ реально представить звезды вокруг Солнца был во время полного солнечного затмения. Для этого он обратился к астроному сэру Артуру Эддингтону. История о том, как Эйнштейн смог донести до Эддингтона как предсказание своей теории, так и желаемую экспериментальную проверку, сама по себе была замечательной, учитывая, что Первая Мировая Война в это время была в самом разгаре.
И он, и Эддингтон жили в странах-соперницах во время войны (Германия и Англия соответственно), что означало невозможность прямого общения между ними, не говоря уже о том, что Эддингтон пытался убедить своих бешеных патриотических коллег и правительство финансировать экспедицию для проверки теории “врага”. Однако в конце концов интернационалистические и пацифистские идеалы Эйнштейна и Эддингтона возобладали, и Эддингтон смог провести эксперимент, необходимый для доказательства того, что утверждал Эйнштейн.
Этот эксперимент требовал, чтобы масса солнца показывала видимое отклонение звездного света, проходящего очень близко к Солнцу с нашей точки зрения, и единственный способ сделать это был во время полного солнечного затмения. Механизм затмения состоял лишь в том, чтобы блокировать солнечный свет, чтобы Эддингтон мог получить изображения звезд вокруг Солнца, чтобы увидеть, изменила ли масса Солнца свое видимое положение из-за искривления пространства-времени.
Эксперимент был успешным в том, что Эддингтон и компания увидели, что звезды, которые казались очень близкими к Солнцу, изменили свое видимое положение на величину, предсказанную расчетами Эйнштейна, тем самым подтвердив, что гравитация действительно искривляет свет. Эйнштейн был прав в своем представлении о том, как взаимодействуют гравитация и свет.
Продолжение - https://zen.yandex.ru/media/id/5d8b970bd5bbc300ae3b9449/vremia-i-prostranstvo-teorii-niutona-i-maksvella-chast-4-5d9ceb6f04af1f00b01335fe?from=editor