Мы привыкли думать, что пространство - это что-то вроде пассивного "контейнера", в котором разворачиваются основные события. А сам "контейнер" никакого влияния на ход этих событий не имеет. Общая теория относительности Эйнштейна меняет наше представление. Мы попробуем объяснить, что такое гравитация простыми словами, а также коснемся того, как работает гравитация в космосе.
Представьте натянутую эластичную ткань. Если положить на неё тяжёлый предмет, ткань прогнётся. Точно так же, массивные объекты, как планеты и звёзды, "прогибают" пространство-время вокруг себя. Это искривление мы и ощущаем как гравитацию!
Чем больше масса или энергия объекта (формула гравитации Эйнштейна: E=mc²), тем сильнее он искривляет пространство-время.
Почему ОТО так сложно понять? Главная сложность в том, что нам нужно изменить своё представление о пространстве: мы воспринимаем его как пассивный "контейнер", в котором разворачиваются физические процессы. ОТО говорит, что пространство активно участвует в жизни Вселенной. Оно может сжиматься, расширяться и деформироваться.
Пространство - это живая субстанция.
Существует множество доказательств, что ОТО - верна!
Гравитационное линзирование: свет изгибается!
Давайте, представим, что свет от далёкой звезды проходит мимо огромной галактики. Гравитация галактики искривляет пространство-время, и свет изгибается, как будто проходит через линзу. Эйнштейн предсказал, а эксперименты подтвердили:
Свет отклоняется не потому что его притягивает гравитация, а потому что гравитация искривляет само пространство, по которому он движется.
Кольца и Кресты Эйнштейна
Если свет от далёкой звезды проходит мимо массивного объекта, он может изогнуться в форме кольца вокруг этого объекта - это называется кольцом Эйнштейна. В других случаях свет образует несколько изображений звезды, расположенных в форме креста - это крест Эйнштейна. Кресты Эйнштейна позволяют нам видеть одну и ту же звезду в разные моменты её жизни! И все благодаря искривлению пространства-времени. Итак, гравитация и время - безусловно взаимосвязаны и взаимозависимы.
Гравитационное красное смещение: свет теряет энергию
Свет, испущенный в сильном гравитационном поле, теряет энергию, когда покидает это поле. Это проявляется в том, что свет "краснеет", то есть длина его волны увеличивается. Этот эффект был измерен в эксперименте Паунда и Ребки.
Гравитационные волны: эхо космических катастроф
Самое убедительное доказательство ОТО - это обнаружение гравитационных волн. Когда очень массивные объекты, например, чёрные дыры, вращаются друг вокруг друга, они создают "рябь" в пространстве-времени. Эти волны распространяются по Вселенной со скоростью света.
Любое движущееся тело, от массивной планеты до падающего яблока, является источником гравитационных волн. Даже наши движения создают их, но эти волны настолько слабы, что их практически невозможно обнаружить. Сама суть этого феномена раскрывает взаимосвязь "гравитация и время".
Но во Вселенной существуют более мощные генераторы гравитационных волн. Например, двойные пульсары – системы из двух очень плотных звёзд, стремительно вращающихся вокруг друг друга. Их вращение порождает сильные гравитационные волны, доходящие до Земли. Такие волны настолько мощные, что постепенно сближают звёзды, увеличивая скорость их вращения.
В 70-х годах ученые заметили интересную вещь: у одной такой системы, PSR B1913+16, период вращения уменьшался. И уменьшался он ровно настолько, насколько предсказывала теория относительности Эйнштейна, если бы эти звезды излучали гравитационные волны. Это открытие стало первым косвенным подтверждением существования гравитационных волн.
Сближающиеся массивные объекты вращаются все быстрее, генерируя все более мощные гравитационные волны. Непосредственно перед столкновением эти волны достигают огромной силы, превращаясь в "гравитационное цунами".
Но даже такие мощные гравитационные волны слишком слабые, и поймать их очень сложно. Но ученые изобрели специальные, очень чувствительные инструменты.
Один из таких инструментов – лазерный интерферометр. Это устройство улавливает крошечные изменения в пространстве, вызванные проходящей гравитационной волной.
В 2015 году ученым впервые удалось непосредственно зарегистрировать гравитационные волны! Оказалось, что эти волны образовались в результате столкновения двух черных дыр, находящихся очень далеко от нас. Это событие подтвердило существование гравитационных волн и открыло новые возможности для изучения Вселенной, в том числе понимания, как гравитация влияет на жизнь в космосе.
Теперь вы знаете больше об ОТО, и школьное задание "гравитация и космос" - презентация, или проект на тему "гравитация" не будет проблемой 😉😘! Запомним: Теория Эйнштейна описывает гравитацию как искривление пространства-времени.