2.2.3 Общая теория относительности

Общая теория относительности (ОТО) создана А. Эйнштейном в 1916 г. Она распространила законы природы на все, в том числе и на неинерциальные системы. ОТО получила название «релятивистская теория гравитации» и установила зависимость между метрическими свойствами пространства-времени и гравитационными взаимодействиями.

ОТО утверждает, что пространство–время неоднородно и его структура определяется распределением и движением в нем материальных масс. Эйнштейн разработал полевую теорию тяготения и предположил существование гравитационного поля. В сильном поле тяготения происходит искривление пространственно-временного континуума: чем больше масса, тем сильнее искривление пространства и больше замедление времени.

Используемый в СТО четырехмерный континуум пространства-времени представляет собой Евклидово, или плоское, пространство. В случае системы отсчета, движущейся ускоренно, положение какой-либо точки в пространстве может быть определено лишь с помощью криволинейной системы координат. Кривизна пространства измеряется отклонением от классических правил геометрии Евклида. Так, например, в евклидовой геометрии предполагается, что сумма углов треугольника составляет 180^°. Однако сумма углов треугольника, изображенного на поверхности сферы (поверхность положительной кривизны), больше 180^°, а на седловидной поверхности (поверхность отрицательной кривизны) меньше 180^°.

Постулаты ОТО

1  Все системы отсчета, инерциальные и неинерциальные, равноценны для описания движения материальных объектов. Все тела движутся по инерции, но динамика их движения определяется кривизной пространства-времени в области движения. В таком искривленном пространстве-времени тела движутся не прямолинейно и равномерно, а по геодезическим линиям с одинаковым ускорением.

2  Поля тяготения создаются телами, имеющими массу. Истинное поле тяготения искривляет четырехмерное пространство-время.

Выводы ОТО получили экспериментальное подтверждение:

1  Искривление эллиптических орбит планет, движущихся в поле тяжелых тел. Например, такое искривление орбиты зарегистрировано у ближайшей к Солнцу планеты — Меркурия.

2  Искривление траектории луча света вблизи массивных тел, отличное по величине от эффекта, предсказываемого классической теорией гравитации. Такое искривление испытывает луч света, проходящий возле Солнца.

3  Гравитационное линзирование. Так как лучи света искривляются в поле Солнца, то, вероятно, массивные объекты можно использовать как увеличивающие линзы. С помощью эффекта гравитационного линзирования можно обнаружить небольшие космические объекты (например, коричневые карлики).

4  Эффект «абсолютного» замедления времени в гравитационном поле или при ускоренном движении. Этот эффект зарегистрирован по измерению времени распада нестабильных ядер в гравитационном поле.

5  Частота электромагнитной волны под действием поля тяготения смещается в сторону более низких значений. «Красное смещение» в спект­рах небесных тел было обнаружено в 1923–1926 гг. при изучении Солнца, а в 1925 г. при изучении спутника Сириуса.