Иногда люди, не связанные с научной областью, произносят уничижительное утверждение: "Теория относительности – это всего лишь теория". Это замечание намекает на отсутствие конкретных доказательств, и поэтому некоторые принимают её на веру, а другие – нет. Давайте попробуем разобраться, насколько справедливо это утверждение и действительно ли теория относительности ограничивается лишь статусом "теории".
Фраза "всего лишь теория" изначально возникла из того, что в повседневной жизни слово "теория" ассоциируется с гипотезой, предположением или догадкой.
Однако в научном контексте теория представляет собой сложную систему знаний, описывающую законы природы, которая не противоречит известным фактам. Теория стремится приблизиться к истине на текущем этапе развития науки. Таким образом, когда кто-то утверждает, что "это всего лишь теория", на самом деле он высоко оценивает степень разработанности теории относительности, а не подвергает её сомнению.
Теперь о доказательствах.
Их действительно множество! Если бы я писал статью каждый день об одном из них, материал бы не иссяк. В данной статье мы рассмотрим наиболее наглядные доказательства.
Смещение перигелия Меркурия
В XIX веке было обнаружено, что орбита Меркурия постепенно поворачивается вокруг Солнца на несколько угловых секунд в год.
И на первый взгляд можно задать вопрос: "И что?". Однако это смещение орбиты не могло быть объяснено с помощью универсального закона гравитации. Разные гипотезы пытались его объяснить, включая даже предположение о существовании еще одной планеты между Меркурием и Солнцем, которую даже назвали "Вулкан". Однако такую планету так и не удалось обнаружить.
Позже на сцену вышла теория относительности. Расчеты, выполненные на её основе, прекрасно объяснили это смещение орбиты Меркурия без необходимости второй планеты.
Гравитация и свет
Теория относительности предсказывает, что свет, проходя рядом с массивными объектами, должен отклоняться. Практический эксперимент был проведен в 1919 году во время полного солнечного затмения.
Благодаря этому гравитационному отклонению ученым удалось наблюдать отклонение света звезд, проходящего мимо Солнца.
Сейчас для таких наблюдений уже не требуется ожидать солнечных затмений. Например, спутник Hipparcos способен обнаруживать отклонение света звезд с точностью до миллионных долей угловой секунды. Все эти наблюдения идеально соответствуют предсказаниям теории относительности.
Гравитационные волны
Еще в 1916 году Эйнштейн предсказал наличие гравитационных волн, но он полагал, что их обнаружение не представляется возможным из-за крайней слабости этих волн.
В жизни Эйнштейна эти волны так и не были засечены. Однако в 60-х годах был разработан метод, который мог обнаружить мельчайшие искажения пространства, вызванные прохождением гравитационных волн.
К сожалению, по тем временам требовалась недостижимая точность измерений для обнаружения гравитационных волн. В течение пятидесяти лет исследований удалось достичь необходимой точности, и в 2015 году гравитационные волны были обнаружены.
Сильным доказательством силы теории относительности является не только факт обнаружения гравитационных волн, но и то, что это произошло именно в тот момент, когда точность измерений соответствовала расчетам.
Влияние скорости и гравитации на течение времени
Согласно теории относительности, более высокая скорость движения в пространстве приводит к медленному течению времени. Кроме того, общая теория относительности указывает на то, что гравитационные поля массивных объектов также замедляют течение времени. Вспомните планету из фильма "Интерстеллар", где время текло медленнее из-за близости к сверхмассивной черной дыре.
Оба эти эффекта были подтверждены экспериментально с использованием точно синхронизированных атомных часов. Одни часы находились на Земле, а другие – на орбите. По возвращении на Землю они оказались несинхронизированными с первоначальной копией. Расхождение было в точности согласно расчетам.
Этот принцип используется в системах спутниковой навигации, таких как GPS, ГЛОНАСС и других. GPS-приемники, получая сигналы времени от спутников, корректируют их с учетом теории относительности. Если бы не это, спутниковая навигация была бы недостоверной уже через несколько часов.
Черные дыры
Существование черных дыр прямо следует из общей теории относительности. Долгое время мы наблюдали косвенные признаки их существования, но не имели прямых доказательств. Однако совсем недавно мир был потрясен первым изображением черной дыры.
Подтверждением теории относительности служит не только сам факт наблюдения черной дыры, но и то, насколько точно изображение соответствует расчетам. Кроме того, были измерены многие параметры черной дыры M87, такие как скорость вращения вещества в аккреционном диске и другие. Все они идеально соответствовали предсказаниям теории относительности.
Заключение
Существует множество других доказательств теории относительности, таких как увеличение продолжительности жизни частиц на высоких скоростях, гравитационное красное смещение, эффект Шапиро и т.д.
Таким образом, специальная и общая теории относительности широко признаны в первую очередь потому, что они подтверждаются на практике. Основываясь на них, можно проводить сложные вычисления с уверенностью в том, что результаты будут точно соответствовать реальности.