Тема: Общая теория относительности

Общая теория относительности – фундаментальная теория взаимосвязи пространства-времени и материи.

Согласно общей теории относительности, гравитация (всемирное тяготение) есть проявление искривленности пространства-времени вблизи массивных тел. Это проявляется, в частности, в том, что в сильных гравитационных полях течение времени замедляется.

В настоящее время известны результаты уже более чем двух десятков проверок справедливости ОТО, в том числе:

1) смещение перигелия (ближайшей к Солнцу точки) орбиты Меркурия на 43 угловых секунды за столетие. Астрономы знали о нем с середины XIX века, но не могли объяснить притяжением Солнца и планет Солнечной системы. ОТО же не только объясняет этот эффект, но и очень точно предсказывает его величину;

2) отклонение световых лучей, проходящих вблизи Солнца, на 1,75 угловых секунды от прямолинейной траектории. В классической механике этот эффект тоже имеет место, но величина его оказывается вдвое меньшей. В 1919 году астрономы впервые провели достаточно точные измерения, чтобы с уверенностью сказать, что отклонение есть и его величина соответствует не классической механике, а общей теории относительности;

3) разный темп течения времени в разных точках пространства. В 1960-х годах стало возможным очень точно сравнивать ход атомных часов, находящихся в разных местах. Измерения показали, что часы в подвале действительно отстают от часов, находящихся на пятом этаже (где гравитационное поле Земли чуть-чуть слабее), на 1 секунду за 30 миллионов лет – в полном соответствии с предсказаниями ОТО.

Общая теория относительности, в отличие от специальной теории относительности, применима в очень сильных гравитационных полях

Специальная теория относительности, строго говоря, применима только в инерциальных системах отсчета – то есть таких, у которых тело отсчета не испытывает ускорения. Но в гравитационном поле ВСЕ тела движутся с ускорением (свободного падения). Если гравитационное поле сильное, то и вызываемое им ускорение большое, так что пренебречь им нельзя.

Общая теория относительности свободна от этого ограничения, поскольку она опирается на принцип эквивалентности, позволяющий уравнять в правах все системы отсчета. Как следствие, ее можно использовать в сколь угодно сильных гравитационных полях.

Принцип эквивалентности, в одной из своих формулировок, утверждает, что ускоренное движение физически полностью эквивалентно покою в гравитационном поле.

Как специальная, так и общая теории относительности правильно описывают движение с любыми по величине скоростями, в том числе и близкими к скорости света. А вот в микромире общая теория относительности пасует: ее пока не удалось, подобно специальной теории относительности, «подружить» с квантовой механикой – фундаментальной теорией, описывающей поведение микрообъектов.

Единство пространства и времени, а также относительность расстояний и промежутков времени устанавливаются еще в специальной теории относительности, которая была создана Эйнштейном за 10 лет до его же общей теории относительности (ОТО). Основной мировоззренческий результат ОТО, основная ее философская идея, заключается в том, что материя и пространство-время неразделимы. С точки зрения ОТО математически невозможно представить пространство-время, лишенное материи, или материальный объект вне пространства и времени.