6 фактов об общей теории относительности Эйнштейна, которые вы могли не знать

Концепция общей теории относительности Альберта Эйнштейна сейчас является основой физики, но на ее подтверждение потребовались годы.

Когда Альберт Эйнштейн представил свою теорию относительности в 1915 году, человеческое понимание пространства, времени и гравитации радикально изменилось. Теория, которая была расширением его специальной теории относительности, определила, что массивные объекты искажают ткань пространства-времени. Гравитация, как предположил Эйнштейн, является результатом искажений пространства-времени, создаваемых массой и энергией.

Это была теория настолько обширная по своим масштабам, что на ее подтверждение потребовались годы. В конце концов, теория оказалась решающей в разработке технологий, которые изменили повседневную жизнь, включая электронно-лучевое телевидение, ядерную энергетику, радары и GPS-навигацию.

Изучите шесть удивительных фактов о знаменитой теории Эйнштейна ниже.

1. Эйнштейн полагался на друзей и коллег, которые помогли ему разработать свою теорию

Хотя общую теорию относительности часто представляют как работу гения-одиночки, Альберт Эйнштейн на самом деле получил значительную помощь от нескольких менее известных друзей и коллег в работе над лежащими в ее основе математическими решениями.

Особую роль в этом процессе сыграли друзья по колледжу Марсель Гроссманн и Мишель Бассо (Эйнштейн якобы полагался на записи Гроссмана после пропуска занятий). Эйнштейн и Гроссман, профессор математики Швейцарского политехнического института, опубликовали раннюю версию общей теории относительности в 1913 году, в то время как Бессо, которому Эйнштейн выразил благодарность за его статью 1905 года по специальной теории относительности, активно работал с Эйнштейном над разработкой общую теорию в течение следующих двух лет.

Работы великих математиков Дэвида Гильберта (подробнее о нем позже) и Эмми Нётер также внесли свой вклад в уравнения, лежащие в основе общей теории относительности. К тому времени, когда в 1916 году была опубликована окончательная версия, Эйнштейн также извлек пользу из работ молодых физиков, таких как Гуннар Нордстрем и Адриан Фоккер, которые помогли ему разработать свою теорию и сформировать ее на основе более ранней версии.

2. Ранняя версия теории содержала серьезную ошибку

Версия, опубликованная Эйнштейном и Гроссманом в 1913 году и известная как статья Entwurf («Контур»), содержала серьезную математическую ошибку в виде просчета величины отклонения луча света под действием силы тяжести.

Ошибка могла быть раскрыта в 1914 году, когда немецкий астроном Эрвин Финлей Фрейндлих отправился в Крым, чтобы проверить теорию Эйнштейна во время солнечного затмения в августе того же года. Однако планы Фрейндлиха были сорваны началом Первой мировой войны в Европе. К тому времени, когда в ноябре 1915 года он представил окончательную версию общей теории относительности, Эйнштейн изменил уравнения поля, определяющие, как материя искривляет пространство-время.

3. Ставшая легендарной статья Эйнштейна поначалу не принесла ему известности

Публикация его шедевра в Прусской академии наук, а затем и на страницах журнала «Annelen Der Physik», безусловно, привлекла к Эйнштейну большое внимание, но только в 1919 году он стал международной суперзвездой. В том же году британский физик Артур Эддингтон провел первую экспериментальную проверку общей теории относительности во время полного солнечного затмения, которое произошло 29 мая.

В эксперименте, задуманном сэром Фрэнком Уотсоном Дайсоном, королевским астрономом Великобритании, Эддингтон и другие астрономы измерили положения звезд во время затмения и сравнили их с их «истинными» положениями. Они обнаружили, что гравитация Солнца действительно изменила путь звездного света, согласно предсказаниям Эйнштейна. Когда Эддингтон объявил о своих открытиях в ноябре 1919 года, Эйнштейн попал на первые полосы газет по всему миру.

4. Другой учёный (и бывший друг) обвинил Эйнштейна в плагиате

В 1915 году ведущий немецкий математик Давид Гильберт пригласил Эйнштейна прочитать цикл лекций в Геттингенском университете. Двое мужчин обсуждали общую теорию относительности (Эйнштейн все еще серьезно сомневался в том, как заставить работать его теорию и уравнения), и Гильберт начал разрабатывать свою собственную теорию, которую он завершил как минимум за пять дней до того, как Эйнштейн выступил со своей презентацией в ноябре 1915 года.

То, что началось как обмен идеями между друзьями и коллегами-учеными, обернулось ожесточением, поскольку каждый обвинял другого в плагиате. Эйнштейн, конечно, получил признание, и более поздние исторические исследования показали, что он это заслужил: анализ доказательств Гильберта показал, что ему не хватало важнейшего ингредиента, известного как ковариантность, в версии теории, завершенной той осенью. На самом деле Гильберт опубликовал свою статью только 31 марта 1916 года, через несколько недель после того, как теория Эйнштейна стала публичной. К тому времени, говорят историки, его теория была ковариантной.

5. На момент смерти Эйнштейна в 1955 году у учёных ещё почти не было доказательств действия общей теории относительности

Хотя испытание солнечного затмения в 1919 году показало, что гравитация Солнца, по-видимому, преломляет свет так, как предсказывал Эйнштейн, только в 1960-х годах ученые начали открывать экстремальные объекты, такие как черные дыры и нейтронные звезды, которые влияли на форму пространства-времени согласно принципам общей теории относительности.

До недавнего времени они все еще искали доказательства существования гравитационных волн, той ряби в ткани пространства-времени, вызванной (по мнению Эйнштейна) ускорением массивных объектов. В феврале 2016 года долгое ожидание подошло к концу, когда ученые из Лазерно-интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO) объявили, что обнаружили гравитационные волны, вызванные столкновением двух массивных черных дыр.

6. Вы можете поблагодарить Эйнштейна за GPS

Хотя теория Эйнштейна в основном действует среди черных дыр и космических столкновений небес или в сверхмалых масштабах (вспомним теорию струн), она также играет роль в нашей повседневной жизни. Технология GPS является одним из выдающихся примеров этого. Общая теория относительности показывает, что скорость течения времени зависит от того, насколько близко человек находится к массивному телу. Эта концепция важна для GPS, которая учитывает тот факт, что время течет с другой скоростью для спутников, вращающихся вокруг Земли, чем для нас на Земле.

В результате время на спутниковых часах GPS идет быстрее, чем на наземных часах, примерно на 38 микросекунд в день. Может показаться, что разница не такая уж большая, но если ее не отрегулировать, это приведет к навигационным ошибкам в течение нескольких минут. GPS компенсирует разницу во времени, электронно корректируя ход спутниковых часов и создавая математические функции в компьютере для определения точного местоположения пользователя — и все это благодаря Эйнштейну и теории относительности.