Верна ли Общая теория относительности Эйнштейна?

  Сайт Владимира Петрова

07-07-2019

Верна ли Общая теория относительности Эйнштейна?

ОТО по своей сути является геометрической теорией тяготения, так как в ней постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены деформацией самого́ пространства-времени. Основное отличие от других метрических теорий тяготения даёт уравнение Эйнштейна, описывающее связь кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей.

На сегодняшний день ОТО является самой успешной теорией гравитации многократно подтверждённой экспериментально. Предлагаю рассмотреть несколько основных подтверждений работоспособности ОТО.

Принцип соответствия

В соответствии с этим принципом постулируется, что любая новая научная теория должна включать старую теорию (проверенную и подтверждённую) и её результаты как частный случай.

В специальной теории относительности в пределе малых скоростей получаются те же следствия, что и в классической механике.

Общая теория относительности, частным случаем которой является СТО, даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях и малых значениях гравитационного потенциала.

Отклонение луча света в поле Солнца

Одним из косвенных экспериментов, подтверждающих ОТО, является отклонение луча света в поле Солнца.

Суть эксперимента такова: мы точно знаем, когда звезда должна скрываться за Солнцем. Мы фиксируем время, когда звезда покидает зону видимости, и извлекаем угол отклонения луча света от прямой. Эти эксперименты проводятся регулярно во время полных солнечных затмений.

Схема отклонения луча света в поле звезды

С 1919 года данное явление многократно было подтверждено астрономическими наблюдениями звёзд в процессе полных затмений Солнца, а также радиоинтерферометрическими наблюдениями квазаров, проходящих вблизи Солнца во время его пути по эклиптике. Даже из ньютоновской корпускулярной теории света вытекает отклонение луча в поле Солнца.

Запаздывание сигнала в поле Солнца

Ещё один косвенный эксперимент, подтверждающий ОТО, также связанный с Солнцем, – запаздывание сигнала в поле его тяготения. Для проведения эксперимента на Венеру и Меркурий во время их приближения к диску Солнца посылались сигналы (радиолокация), а затем регистрировалось время их прихода обратно. Чем ближе к диску Солнца находились планеты, тем дольше шёл сигнал.

Гравитационное линзирование

Наблюдение квазара с помощью гравитационной линзы в виде галактики.

С эффектом гравитационной линзы никто не спорит. Впервые описан он был именно в ОТО, а наблюдался в 1979 году, когда вокруг такой линзы наблюдались две туманности с абсолютно одинаковым спектром излучения. Именно благодаря уравнениям ОТО стало понятно, что это одна туманность, свет от которой проходит до нас через гравитационную линзу. Таким образом, можно сделать очевидный вывод о том, что гравитации принципиально нелинейна.

С помощью частного случая этого эффекта, гравитационного микролинзрования, когда масса гравитационной линзы очень мала, были обнаружены коричневые карлики. В данном случае именно коричневые карлики играли роль микролинзы, так как их невозможно было наблюдать иначе из-за очень небольшой (по звездным меркам) массы и практически полного отсутствия светимости. Когда коричневый карлик встаёт на линию «наблюдатель–яркий объект», то наблюдается эффект микролинзирования в виде кольца света. По изменению яркости и расстоянию до наблюдаемого объекта можно грубо оценить массу коричневого карлика.

Гравитационное излучение (гравитационные волны)

Их обнаружение подтверждает утверждение о том, что имеется ткань пространства-времени, а значит и теория гравитации, описываемая ОТО, получает очередное подтверждение. Спустя время после регистрации гравитационных волн, после анализа полученных данных, специалисты пришли к выводу, что несколько альтернативных ОТО теорий, предполагающих наличие дополнительных измерений во Вселенной, не верны.

Визуализация слияния нейтронных звёзд.
Визуализация слияния нейтронных звёзд.

Чёрные дыры

Ну а 10-го апреля текущего года учёные представили общественности первую фотографию чёрной дыры. Описываются ЧД только в ОТО, поэтому получение фото этого экзотического объекта является отличным её подтверждением, хотя не на все 100% на фотографии именно чёрная дыра, и практически наверняка очень скоро появятся альтернативные объяснения, что очень хорошо – ведь именно так и работает наука, подвергая сомнению любой зафиксированный результат. Потому-то ОТО и является самой проверенной на сегодня.

А ещё проверены принцип эквивалентности, смещение перигелия, изменение частоты в поле тяготения, эффект гравитационного красного смещения (в последний раз проверялся международным проектом с ведущим российским участием РадиоАстрон) и каждый раз ОТО получала очередное подтверждение, что не может не удивлять, ведь получается, что она уже описывает существенную часть Вселенной.

Источник: Science Kitchen

Compendium



Заголовок

Tagline

Узнать больше