Концепция общей теории относительности Альберта Эйнштейна сейчас является основой физики, но на ее подтверждение потребовались годы.
Когда Альберт Эйнштейн представил свою теорию относительности в 1915 году, человеческое понимание пространства, времени и гравитации радикально изменилось. Теория, которая была расширением его специальной теории относительности, определила, что массивные объекты искажают ткань пространства-времени. Гравитация, как предположил Эйнштейн, является результатом искажений пространства-времени, создаваемых массой и энергией.
Это была теория настолько обширная по своим масштабам, что на ее подтверждение потребовались годы. В конце концов, теория оказалась решающей в разработке технологий, которые изменили повседневную жизнь, включая электронно-лучевое телевидение, ядерную энергетику, радары и GPS-навигацию.
Изучите шесть удивительных фактов о знаменитой теории Эйнштейна ниже.
1. Эйнштейн полагался на друзей и коллег, которые помогли ему разработать свою теорию
Хотя общую теорию относительности часто представляют как работу гения-одиночки, Альберт Эйнштейн на самом деле получил значительную помощь от нескольких менее известных друзей и коллег в работе над лежащими в ее основе математическими решениями.
Особую роль в этом процессе сыграли друзья по колледжу Марсель Гроссманн и Мишель Бассо (Эйнштейн якобы полагался на записи Гроссмана после пропуска занятий). Эйнштейн и Гроссман, профессор математики Швейцарского политехнического института, опубликовали раннюю версию общей теории относительности в 1913 году, в то время как Бессо, которому Эйнштейн выразил благодарность за его статью 1905 года по специальной теории относительности, активно работал с Эйнштейном над разработкой общую теорию в течение следующих двух лет.
Работы великих математиков Дэвида Гильберта (подробнее о нем позже) и Эмми Нётер также внесли свой вклад в уравнения, лежащие в основе общей теории относительности. К тому времени, когда в 1916 году была опубликована окончательная версия, Эйнштейн также извлек пользу из работ молодых физиков, таких как Гуннар Нордстрем и Адриан Фоккер, которые помогли ему разработать свою теорию и сформировать ее на основе более ранней версии.
2. Ранняя версия теории содержала серьезную ошибку
Версия, опубликованная Эйнштейном и Гроссманом в 1913 году и известная как статья Entwurf («Контур»), содержала серьезную математическую ошибку в виде просчета величины отклонения луча света под действием силы тяжести.
Ошибка могла быть раскрыта в 1914 году, когда немецкий астроном Эрвин Финлей Фрейндлих отправился в Крым, чтобы проверить теорию Эйнштейна во время солнечного затмения в августе того же года. Однако планы Фрейндлиха были сорваны началом Первой мировой войны в Европе. К тому времени, когда в ноябре 1915 года он представил окончательную версию общей теории относительности, Эйнштейн изменил уравнения поля, определяющие, как материя искривляет пространство-время.
3. Ставшая легендарной статья Эйнштейна поначалу не принесла ему известности
Публикация его шедевра в Прусской академии наук, а затем и на страницах журнала «Annelen Der Physik», безусловно, привлекла к Эйнштейну большое внимание, но только в 1919 году он стал международной суперзвездой. В том же году британский физик Артур Эддингтон провел первую экспериментальную проверку общей теории относительности во время полного солнечного затмения, которое произошло 29 мая.
В эксперименте, задуманном сэром Фрэнком Уотсоном Дайсоном, королевским астрономом Великобритании, Эддингтон и другие астрономы измерили положения звезд во время затмения и сравнили их с их «истинными» положениями. Они обнаружили, что гравитация Солнца действительно изменила путь звездного света, согласно предсказаниям Эйнштейна. Когда Эддингтон объявил о своих открытиях в ноябре 1919 года, Эйнштейн попал на первые полосы газет по всему миру.
4. Другой учёный (и бывший друг) обвинил Эйнштейна в плагиате
В 1915 году ведущий немецкий математик Давид Гильберт пригласил Эйнштейна прочитать цикл лекций в Геттингенском университете. Двое мужчин обсуждали общую теорию относительности (Эйнштейн все еще серьезно сомневался в том, как заставить работать его теорию и уравнения), и Гильберт начал разрабатывать свою собственную теорию, которую он завершил как минимум за пять дней до того, как Эйнштейн выступил со своей презентацией в ноябре 1915 года.
То, что началось как обмен идеями между друзьями и коллегами-учеными, обернулось ожесточением, поскольку каждый обвинял другого в плагиате. Эйнштейн, конечно, получил признание, и более поздние исторические исследования показали, что он это заслужил: анализ доказательств Гильберта показал, что ему не хватало важнейшего ингредиента, известного как ковариантность, в версии теории, завершенной той осенью. На самом деле Гильберт опубликовал свою статью только 31 марта 1916 года, через несколько недель после того, как теория Эйнштейна стала публичной. К тому времени, говорят историки, его теория была ковариантной.
5. На момент смерти Эйнштейна в 1955 году у учёных ещё почти не было доказательств действия общей теории относительности
Хотя испытание солнечного затмения в 1919 году показало, что гравитация Солнца, по-видимому, преломляет свет так, как предсказывал Эйнштейн, только в 1960-х годах ученые начали открывать экстремальные объекты, такие как черные дыры и нейтронные звезды, которые влияли на форму пространства-времени согласно принципам общей теории относительности.
До недавнего времени они все еще искали доказательства существования гравитационных волн, той ряби в ткани пространства-времени, вызванной (по мнению Эйнштейна) ускорением массивных объектов. В феврале 2016 года долгое ожидание подошло к концу, когда ученые из Лазерно-интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO) объявили, что обнаружили гравитационные волны, вызванные столкновением двух массивных черных дыр.
6. Вы можете поблагодарить Эйнштейна за GPS
Хотя теория Эйнштейна в основном действует среди черных дыр и космических столкновений небес или в сверхмалых масштабах (вспомним теорию струн), она также играет роль в нашей повседневной жизни. Технология GPS является одним из выдающихся примеров этого. Общая теория относительности показывает, что скорость течения времени зависит от того, насколько близко человек находится к массивному телу. Эта концепция важна для GPS, которая учитывает тот факт, что время течет с другой скоростью для спутников, вращающихся вокруг Земли, чем для нас на Земле.
В результате время на спутниковых часах GPS идет быстрее, чем на наземных часах, примерно на 38 микросекунд в день. Может показаться, что разница не такая уж большая, но если ее не отрегулировать, это приведет к навигационным ошибкам в течение нескольких минут. GPS компенсирует разницу во времени, электронно корректируя ход спутниковых часов и создавая математические функции в компьютере для определения точного местоположения пользователя — и все это благодаря Эйнштейну и теории относительности.