Общая теория относительности. Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит

Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации.

Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно — или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит — то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит нам, что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила взаимного притяжения. С этой точки зрения Земля вращается вокруг Солнца, поскольку между ними действуют силы взаимного притяжения. Общая теория относительности, однако, заставляет нас взглянуть на это явление иначе. Согласно этой теории, гравитация — это следствие деформации («искривления») упругой ткани пространства-времени под воздействием массы (при этом чем тяжелее тело, например Солнце, тем сильнее пространство-время «прогибается» под ним и тем, соответственно, сильнее его гравитационное поле). Представьте себе туго натянутое полотно (своего рода батут), на которое помещен массивный шар. Полотно деформируется под тяжестью шара, и вокруг него образуется впадина в форме воронки. Согласно общей теории относительности, Земля обращается вокруг Солнца подобно маленькому шарику, пущенному кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром — Солнцем. А то, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является, по сути чисто внешнем проявлением искривления пространства-времени, а вовсе не силой в ньютоновском понимании. На сегодняшний день лучшего объяснения природы гравитации, чем дает нам общая теория относительности, не найдено.

Проверить общую теорию относительности трудно, поскольку в обычных лабораторных условиях ее результаты практически полностью совпадают с тем, что предсказывает закон всемирного тяготения Ньютона. Тем не менее несколько важных экспериментов были произведены, и их результаты позволяют считать теорию подтвержденной. Кроме того, общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе, — например, незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты, необъяснимые с точки зрения классической механики Ньютона, или искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца.

На самом деле результаты, которые предсказывает общая теория относительности, заметно отличаются от результатов, предсказанных законами Ньютона, только при наличии сверхсильных гравитационных полей. Это значит, что для полноценной проверки общей теории относительности нужны либо сверхточные измерения очень массивных объектов, либо черные дыры, к которым никакие наши привычные интуитивные представления неприменимы. Так что разработка новых экспериментальных методов проверки теории относительности остается одной из важнейших задач экспериментальной физики.

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, теория, предложенная Альбертом ЭЙНШТЕЙНОМ, основанная на постулате, что движение одного тела можно определить только относительно движения другого тела. Это привело к понятию четырехмерного ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО континуума, в котором три пространственных измерения и время рассматриваются на одинаковом основании. Специальная теория, выдвинутая в 1905 г., ограничивается описанием событий, как они происходят для наблюдателей в состоянии равномерного относительного движения. Наиболее важные следствия из этой теории такие: (1) скорость света постоянна для всех наблюдателей; (2) масса тела увеличивается с увеличением скорости, хотя это ощутимо лишь на скоростях, приближающихся к скорости света; (3) масса (т) и энергия (Е) равнозначны/эквивалентны, то есть Е=тс2, где с - скорость света (это показывает, что масса переходит в энергию, маленькая масса порождает очень большую энергию); (4) СЖАТИЕ ЛОРЕНЦА-ФИЦДЖЕРАЛЬДА, то есть тела сжимаются при увеличении скорости, ощутимо только, если приближаются к скорости света; (5) относительно неподвижного наблюдателя время течет медленнее для движущегося объекта, «расширение времени». Общая теория, завершенная в 1915 г. применима к наблюдателям, находящимся не в равномерном относительном движении (а в ускоряющемся). Это показало зависимость пространства и ГРАВИТАЦИИ. Можно выдвинуть идею, что наличие МАТЕРИИ в пространстве заставляет его «искривляться», образуя ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПОЛЯ, таким образом гравитация становится свойством самого пространства. Свет тоже изгибается под действием массивных гравитационных полей, что может объяснить существование ЧЕРНЫХ ДЫР. см. также ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ.

Теории относительности Эйнштейна основываются на постулате, что движение одного тела можно определить только относительно движения другого тела. Например, (А) показывает как неподвижный наблюдатель видит красную машину, движущуюся со скоростью 90 миль/час и синюю машину на скорости 70 миль/час для синей машины. Однако, красная машина движется со скоростью 20 миль/час относительно нее Дальнейшие следствия из теории относительности показывают, что скорость света является абсолютной. В (В), даже если супермашина передвигается на сотни миль/час быстрее, скорость света, излучаемого фарами обеих машин идентична, 186000 миль/сек. Ядерные взрывы (С) демонстрируют, что масса (т) и энергия(Е)равнозначны, то есть Е=гпс2. Маленькая масса может производить огромные количества энергии. (D)показывает, что масса тела, приближающегося к скорости света, увеличивается, в то время как само тело сжимается. Наконец (Е) демонстрирует расширение времени^ Мю-мезоны космических лучей нестабильны, и в состоянии покоя распадаются за две наносекунды. Таким образом они должны проникать в атмосферу Земли только на приблизительно 600 метров перед их распадом Однако мю-мезоны были об наружены в пузырьковых камерах (F) на 10 км ниже уровня моря. Согласно теории относительности, для объектов, чья скорость близка к скорости света, время течет мед леннее. Наблюдателям на Земле поэтому кажется, что быстродвижущийся мю-мезон живет дольше, чем неподвижный.