Чудесная теория

Рубрика: Новости

 

Исполняется 100 лет со дня опубликования общей теории относительности, бесспорно, одной из самых прекрасных и найабстрактніших конструкций, созданных человечеством, настоящего произведения научного искусства, порожденного интеллектом 36-летнего человека, мужчину, который, прячась от многочисленных неблагоприятных условий, которые его окружали, работал в одиночестве, — Альберта Эйнштейна.

 

В ноябре 1915 г. Эйнштейн находился в Берлине и стал жертвой нескольких войн. Первая, мировая, проникла в кабинеты института, которым руководил химик Фриц Габер, где Эйнштейн работал. Трое ученых, которые заманили его в Берлин — Макс Планк, Вальтер Нернст и сам Габер, — неприятно поражали Эйнштейна своей милитаристской позицией и коллаборационизмом с армией. Говоря конкретно, Габер, который на то время уже изобрел свой знаменитый метод синтезировать аммиак, который сделал возможным массовое производство взрывчатых веществ, реорганизовывал институт в учреждение, которая занималась производством химического оружия для немецкой армии. Бессмысленность той войны заставила Эйнштейна отстаивать общественные и политические идеалы интернационального и пацифистского толка, которых он придерживался и которые подчеркивал в течение всей своей дальнейшей жизни. Вторую войну Эйнштейн вел на личном фронте: его развода с Милевой Марич, с которой он имел двух детей, было неисчерпаемым источником ожесточенных ссор.

 

Эйнштейн прятался в работе, но и на этом фронте вел войну, поскольку яростно конкурировал с Давидом Гільбертом, великим математиком Ґеттінґена, который также работал — хотя и с чисто математической точки зрения — над выводом уравнений общей теории относительности. Как рассказывает Уолтер Айзексон в своей замечательной биографии Эйнштейна, то в письме своего сына Ганса Альберта 4 ноября написал: «Я часто так погружен в свою работу, что забываю даже поесть». Он также чувствовал себя «обессиленным и истощенным» из-за боли в желудке, которые не позволяли ему поехать к Ґеттінґена, чтобы дискутировать с Гільбертом лично.

 

И даже в таком состоянии Он был способен сосредоточиваться на изучении тензоров (математических объектов, подобных на матрице) и на чотиривимірній неевклідовій геометрии; эти инструменты должны были позволить ему обобщить теорию относительности, частичное формулировка которой он изложил в 1905 г. Предварительно Эйнштейн пообещал прочитать четыре лекции пятидесяти членов Прусской академии каждый четверг в ноябре. И пока он письменно полемизировал с Гільбертом, эта серия лекций стала тем решающим толчком, который заставил его вывести свою теорию.

 

На первой из тех лекций, прочитанной 4 ноября, он вспомнил многочисленные трудности, которые преодолевал в течение последних лет, чтобы найти уравнения, которые должны были описывать свойства гравитационного поля, и заявил, что те, которые он сейчас рассматривает, не являются вполне удовлетворительными; сейчас мы знаем, что тогда не хватало трех недель, чтобы ему это удалось. На второй лекции он подал измененные уравнения, которые не были существенно лучше. На третьей лекции, 18 ноября, он объявил, что его уравнения в последнем формате способны абсолютно точно объяснить движение Меркурия (который нельзя было объяснить с помощью традиционной теории Ньютона), и назвал новое значение кривизны, что его должно приобрести световой луч, проходя вблизи Солнца. В следующий четверг, 25 ноября, он прочитал свою знаменитую и триумфальную лекцию с названием «Уравнения гравитационного поля», в которой подал набор уравнений, которые стали кульминацией общей теории относительности.

 

Эти десять уравнений, которые ныне известны как «уравнение Эйнштейна», формулируются в удивительно компактный и элегантна образом: G = 8 pi T. Это лаконичный способ говорить, что пространственно-временная геометрия (G) определяется движениями материальных объектов, находящихся в ней (T), и наоборот — что движения таких объектов определяются пространственно-временной кривиною. В соответствии с этими уравнениями, пространство, время, материя и энергия образуют сложную структуру, в которой каждый из этих элементов влияет на другие. Этот физический мир очень отличный от Ньютонового, в котором пространство и время были неизменными абсолютными рамками, в которых движутся материальные тела. В мире Эйнштейна наоборот — масса, размещенная в определенном участке пространства, приводит к тому, что вблизи нее время будет протекать медленнее и пространство деформируется, и эта деформация в свою очередь определяет движение других близких объектов.

 

Как заявил Эйнштейн в своих знаменитых лекциях 1915 г., на распространение света должно влиять ґравітація, что должно позволить сделать экспериментальные исследования. Например, луч света, который проходит рядом с Солнцем, должен отклониться на 1,74 угол. сек. Следовательно британский астроном сэр Артур Еддінґтон предложил, что поводом для измерения кривизны света станет полное затмение Солнца 29 мая 1919 г. Потому что действительно, во время солнечного затмения можно наблюдать яркие звезды вокруг основного небесного светила. Если Солнце способно отклонять траекторию световых лучей, то некоторые из тех ярких звезд, которые можно наблюдать вблизи затемненного Солнца, должны оказаться в заметно отличных позициях по сравнению с их привычными позициями, измеренными тогда, когда Солнце находится в отдаленной позиции на небосводе. Королевское научное общество организовало две экспедиции в регион, где наблюдалось полное затмение: одну — на север Бразилии, другую — на остров Принсипи в Ґвінейській заливе, чтобы измерить положение зрение вблизи Солнца. Так Еддінґтон очень эффектно подтвердил, что малейшие отклонения световых лучей, предусмотренные общей теорией относительности (1,74 угловой секунды равны половине тысячной части градуса), являются вполне реальными.

 

Это измерение отклонения света также прилагалось к точного объяснения движения Меркурия, заявленного на третий лекции для Прусской академии наук. С тех пор эта теория многократно подвергалась проверкам, из которых всегда выходила звитяжницею. Общая относительность ныне является необходимым для того, чтобы вычислять расстояния и свойства отдаленных объектов вселенной и фактически в условиях экстремальной гравитации, как те, что создаются вблизи черных дыр, где общая относительность творит свои наиболее впечатляющие эффекты.

 

Впрочем следует подчеркнуть, что общая теория относительности — это не только теоретические рассуждения и описание экстремальных астрофизических ситуаций. Как другие теории, общая относительность является результатом фундаментальной науки, который находит широкое технологічніе применения в ежедневной жизни. Например, благодаря всеобщей относительности работает технология, которая сейчас может нам показаться банальной: GPS. Действительно, если на спутник будет действовать сила притяжения меньше, чем та, что действует на поверхности Земли, то время будет протекать быстрее на спутнике GPS, чем на приемном приборе на земле. Этот эффект добавляется к другому, спрогнозированного специальной теорией относительности, — растяжение времени, вызванного высокой скоростью спутника. Оба эффекты, если их принимать во внимание, обеспечивают то, что система GPS будет работать правильно.

 

Благодаря общей теории относительности Эйнштейна мы сейчас видим вселенную как одно целое, структуру, в которой прекрасные уравнения описывают взаимосвязь между пространством, временем, материей и энергией. Этот целостный описание вселенной имел решающее влияние на все теории современной космологии, которые пытаются объяснить происхождение и эволюцию вселенной, трактуя его как нечто единое и целостное. Теория Эйнштейна является гениальным сочетанием физической интуиции и математической эрудиции, которое имеет философское значение впечатляющего масштаба. Поэтому не удивительно, что сам Эйнштейн назвал эту теорию «величайшим достижением своей жизни».

 

 

Рафаэль Бачільєр, астроном, директор Национальной астрономической обсерватории

 

Rafael Bachiller
Una teoría prodigiosa
El Mundo, 25/11/2015
Зреферувала Галина Грабовская

      

Если Вам интересна эта запись, Вы можете следить за ее обсуждением, подписавшись на RSS 2.0 . Комментарии и пинг закрыты.