10 открытий, которые доказывают, что Эйнштейн был прав относительно Вселенной, и одно, которое доказывает, что он ошибался!

Верность теорий относительности Альберта Эйнштейна подтверждалась снова и снова в течение более чем 100 лет после их публикации.

Легендарный физик Альберт Эйнштейн был мыслителем, опередившим свое время. Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в мире, где карликовая планета Плутон еще не была открыта, а идея космического полета была далекой мечтой. Несмотря на технические ограничения своего времени, Эйнштейн опубликовал свою знаменитую общую теорию относительности в 1915 году, в которой были сделаны предсказания о природе Вселенной, которые будут подтверждаться снова и снова на протяжении более 100 лет.

Вот 10 недавних наблюдений, которые доказали, что Эйнштейн был прав относительно природы космоса столетие назад, и одно, доказавшее его неправоту:

Первое изображение черной дыры.

Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как следствие искривления пространства-времени; в основном, чем массивнее объект, тем больше он искривляет пространство-время и заставляет меньшие объекты падать на него.

Теория также предсказывает существование черных дыр — массивных объектов, искривляющих пространство-время настолько сильно, что даже свет не может их покинуть. Эйнштейн был прав в некоторых очень конкретных вещах, а именно в том, что у каждой черной дыры есть точка невозврата, называемая горизонтом событий, который должен быть примерно круглым и иметь предсказуемый размер в зависимости от массы черной дыры. Новаторское изображение черной дыры показало, что это предсказание было абсолютно верным.

Эхо черной дыры.

Астрономы еще раз доказали правильность теорий Эйнштейна о черных дырах, когда обнаружили странную структуру рентгеновских лучей, испускаемых вблизи черной дыры в 800 миллионах световых лет от Земли.

В дополнение к ожидаемому рентгеновскому излучению, вспыхивающему спереди черной дыры, команда также обнаружила предсказанные «светящиеся эхо» рентгеновского света, которые были испущены позади черной дыры, но все еще видны с Земли из-за того, что черная дыра искривила вокруг себя пространство-время.

Гравитационные волны.

Теория относительности Эйнштейна также описывает огромную рябь в ткани пространства-времени, называемую гравитационными волнами. Эти волны возникают в результате слияния самых массивных объектов во Вселенной, таких как черные дыры и нейтронные звезды. Используя специальный детектор под названием «Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории» (LIGO), физики подтвердили существование гравитационных волн в 2015 году и с тех пор продолжают обнаруживать десятки других примеров гравитационных волн, еще раз доказывая правоту Эйнштейна.

Неустойчивые партнеры черной дыры.

Изучение гравитационных волн может раскрыть секреты массивных удаленных объектов, которые их выпустили. Изучая гравитационные волны, испускаемые парой медленно сталкивающихся двойных черных дыр в 2022 году, физики подтвердили, что массивные объекты качались — или прецессировали — на своих орбитах, приближаясь друг к другу, как и предсказывал Эйнштейн.

«Танцующая» спирографическая звезда.

Ученые еще раз убедились в действии теории прецессии Эйнштейна после изучения звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры в течение 27 лет. После завершения двух полных оборотов черной дыры было замечено, что орбита звезды «танцует» вперед в виде розетки, а не движется по фиксированной эллиптической орбите. Это движение подтвердило предсказания Эйнштейна о том, что чрезвычайно маленький объект должен вращаться вокруг сравнительно гигантского.

Нейтронная звезда с «затягиванием рамки».

Не только черные дыры искривляют пространство-время вокруг себя; это могут делать и сверхплотные оболочки мертвых звезд. В 2020 году физики изучили, как нейтронная звезда вращалась вокруг белого карлика (два типа схлопнувшихся мертвых звезд) в течение предыдущих 20 лет, обнаружив долгосрочный дрейф в том, как два объекта вращались вокруг друг друга.

По словам исследователей, этот дрейф, вероятно, был вызван эффектом, называемым перетаскиванием кадров; по сути, белый карлик потянул пространство-время достаточно, чтобы немного изменить орбиту нейтронной звезды с течением времени. Это снова подтверждает предсказания теории относительности Эйнштейна.

Гравитационная лупа.

Согласно Эйнштейну, если объект достаточно массивен, он должен искривлять пространство-время таким образом, чтобы далекий свет, излучаемый позади объекта, казался увеличенным (если смотреть с Земли). Этот эффект называется гравитационным линзированием, и его широко использовали, чтобы поднести увеличительное стекло к объектам глубокой Вселенной.

Известно, что первое изображение глубокого поля, полученное космическим телескопом Джеймса Уэбба, использовало эффект гравитационного линзирования галактического скопления на расстоянии 4,6 миллиарда световых лет, чтобы значительно увеличить свет от галактик, удаленных более чем на 13 миллиардов световых лет.

Наденьте на него кольцо Эйнштейна.

Одна из форм гравитационного линзирования настолько ярка, что физики не могли не поставить на ней имя Эйнштейна. Когда свет от удаленного объекта превращается в идеальный ореол вокруг массивного объекта на переднем плане, ученые называют это «кольцом Эйнштейна». Эти потрясающие объекты существуют повсюду в космосе, и их изображения были сделаны как астрономами, так и гражданскими учеными.

Меняющаяся вселенная.

Когда свет путешествует по Вселенной, его длина волны смещается и растягивается несколькими различными способами, известными как красное смещение. Самый известный тип красного смещения связан с расширением Вселенной. (Эйнштейн предложил число, называемое космологической постоянной, для объяснения этого кажущегося расширения в других своих уравнениях).

Однако Эйнштейн также предсказал тип «гравитационного красного смещения», которое происходит, когда свет теряет энергию на пути к выходу из углубления в пространстве-времени, созданного массивными объектами, такими как галактики. В 2011 году исследование света сотен тысяч далеких галактик доказало, что гравитационное красное смещение действительно существует, как предполагал Эйнштейн.

Атомы в движении.

Теории Эйнштейна, похоже, справедливы и в квантовой сфере. Теория относительности предполагает, что скорость света в вакууме постоянна, а это означает, что пространство должно выглядеть одинаково со всех сторон. В 2015 году исследователи доказали, что этот эффект верен даже в самом маленьком масштабе, когда они измерили энергию двух электронов, движущихся в разных направлениях вокруг ядра атома. Разница в энергии между электронами оставалась постоянной, независимо от того, в каком направлении они двигались, подтверждая эту часть теории Эйнштейна.

Неправильно насчет «жутких действий на расстоянии»?

В явлении, называемом квантовой запутанностью, связанные частицы могут, по-видимому, общаться друг с другом на огромных расстояниях со скоростью, превышающей скорость света, и «выбирать» состояние для проживания только после того, как они будут измерены. Эйнштейн ненавидел это явление, высмеивая его как «призрачное действие на расстоянии», и настаивал на том, что никакое влияние не может распространяться быстрее света и что объекты имеют состояние независимо от того, измеряем мы их или нет.

Но в масштабном глобальном эксперименте, в ходе которого по всему миру были измерены миллионы запутанных частиц, исследователи обнаружили, что частицы, по-видимому, принимают состояние только в момент их измерения, и не раньше.

«Мы показали, что мировоззрение Эйнштейна… в котором вещи обладают свойствами независимо от того, наблюдаете вы их или нет, и никакое влияние не распространяется быстрее света, не может быть правдой — по крайней мере одна из этих вещей должна быть ложной», — соавтор исследования Морган Митчелл, профессор квантовой оптики в Институте фотонных наук в Испании.