Общая теория относительности

В 1916 г. Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), над которой работал в течение 10 лет.

Принципы общей теории относительности

1. Принцип постоянства скорости света ограничивается областями, где гравитационными силами можно пренебречь.

В областях пространства, в которых велика гравитация, скорость света замедляется.

2. Принцип относительности распространяется на все движущиеся системы, а не только на инерциальные.

Иными словами, общая теория относительности описывает как инерциальные системы отсчета, так и неинерциальные.

3. Принцип эквивалентности. Не существует критерия, с помощью которого можно было бы отличить силы инерции от сил тяготения.

Представим себе, что мы находимся в космическом корабле, который стоит на стартовой площадке. Мы держит в руках какой-либо предмет и выпускаем его из рук. Он будет падать с ускорением свободного падения g.

g

Пусть наша ракета покинула поле притяжения Земли и Солнца и находится в области пространства, где никакие гравитационные поля не действуют. Пусть ракета движется с ускорением g. Если выпустить из рук какой-либо предмет, он будет совершать ускоренное движение с тем же ускорением g.

g

Согласно принципу эквивалентности, никакими экспериментами мы не сможем выяснить, где мы находимся: в ракете, которая стоит на стартовой площадке, или в ракете, которая движется ускоренно вне гравитационного поля.

Следствия из постулатов общей теории относительности

1. 1. Луч света искривляется в гравитационном поле.

g

•

Представим себе, что ракета находится вне гравитационного поля и движется ускоренно. В ракете загорается лампочка, от которой направленный луч света движется перпендикулярно направлению ракеты. Относительно ракеты он будет двигаться по параболе.

Пусть ракета находится на стартовой площадке. Загорается лампочка, и луч света начинает движение в том же направлении. Какова при этом будет форма траектории? Согласно принципу эквивалентности, луч света будет вести себя так же, как и в ускоренно движущейся ракете, т.е. его траектория тоже будет иметь форму параболы.

g

•

Действительно, согласно принципу эквивалентности, никакими экспериментами мы не сможем отличить одну систему отсчета от другой: покоящуюся в поле тяготения и ускоренно движущую вне поля тяготения. Если бы форма траектории была бы иной, мы бы смогли отличить одну систему отсчета от другой, что бы противоречило принципу эквивалентности.

Такое искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект, как предсказал Эйнштейн, можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения. В 1919 г. научные экспедиции Лондонского Королевского общества, направленные для изучения солнечного затмения, подтвердили правильность этого утверждения. Эйнштейн писал своему другу, физику Максу Планку: «Судьба оказала мне милость, позволив дожить до этого дня».

2. В сильных гравитационных полях время замедляется.

Во Вселенной существуют массивные космические объекты, на которых оказывается существенным эффект замедления времени. Пульсары имеют плотность ρ = 10 млн. тонн/см³. Для них задержка времени составляет около 10%. Задержка времени на «черных дырах» около 100%. Это означает, что течение времени практически останавливается.