lecture-5

Опыт показывает, что любое тело, на которое не действуют никакие другие силы кроме тяготения, либо покоится, либо движется равномерно относительно другого тела, на которое также действует только тяготение. Следовательно, в системе отсчета, связанной со свободно падающим в гравитационном поле телом, все явления протекают так же как и в инерциальной системе отсчета. Это утверждение носит название

принципа эквивалентности.

Гравитация - это не обычная сила, а следствие того, что пространствовремя не является плоским. Находящаяся в нем материя искривляет его подобно тому, как тело, положенное на ровную упругую поверхность, продавливает ее своим весом.

Если пространство искривлено распределенной в нем материей, то тела не принуждаются двигаться по искривленным орбитам гравитационной силой, они движутся по особым линиям (геодезическим), которые в искривленном пространстве соответствуют прямым в смысле наикратчайшего пути между двумя точками.

Эффекты ОТО вызывают отклонения от классических законов движения «обычных» тел в сильных гравитационных полях, например, прецессию орбиты Меркурия.

Лучи света тоже должны следовать геодезическим в пространстве-времени. Искривленность пространства означает, что свет уже не распространяется прямолинейно – согласно обшей теории относительности, луч света должен изгибаться в гравитационных полях (впервые доказано при наблюдениях солнечного затмения в 1919 году).

Гравитационное красное смещение

Еще одно предсказание общей теории относительности состоит в том, что вблизи массивного тела время должно течь медленнее. Наблюдаемым проявлением этого эффекта является изменение частоты испущенного некоторым источником света (или любых электромагнитных волн) по мере удаления от массивных объектов, например, звезд, черных дыр или планет. На практике обычно регистрируется сдвиг спектральных линий близких к массивным телам светящихся объектов в красную область спектра.

То, что такое смещение существует даже вблизи поверхности Земли, было продемонстрировано в 1969 г в экспериментах Паунда и Ребки (Лаймановская лаборатория, Гарвард, США). Источник и приемник гамма-квантов находились друг от друга всего на расстоянии 22,5 м по вертикали в гравитационном поле Земли.

Разница в ходе часов на разной высоте над поверхностью Земли приобрела сейчас огромное практическое значение в связи с появлением высокоточных навигационных систем, работающих на сигналах со спутников (GPS). Если не принимать во

внимание предсказаний общей теории относительности, то координаты будут рассчитаны с ошибкой в несколько километров.

Крест Эйнштейна.

Четыре изображения далёкого квазара обрамляют близкую галактику, служащую в данном случае гравитационной линзой

Первым зарегистрированным примером гравитационного линзирования было получение в 1979 году двух близких изображений одного и того же квазара QSO 0957+16 A, B. Оказалось, что оба «квазара» изменяют свой блеск синхронно и имеют сходные спектры. На основе этих данных был сделан вывод, что в действительности это два изображения одного квазара, обязанные эффекту гравитационной линзы. Вскоре нашли и саму линзу — галактику, лежащую между Землей и квазаром.

Черные дыры могут быть окружены падающим на них газообразным веществом, которое, закручиваясь при падении в гравитационном поле, приобретает форму диска (аккреционного диска).