Общая теория относительности
Как Эйнштейн описал тяготение как искривление пространства-времени и чем это подтверждено: орбита Меркурия, отклонение света, GPS, гравитационные волны и чёрные дыры.
Общая теория относительности (ОТО) — современная теория тяготения, которую Альберт Эйнштейн закончил в 1915 году. По ней массивные тела не «притягивают» друг друга на расстоянии, а искривляют пространство и время вокруг себя, а другие тела просто движутся по самым прямым возможным путям в этом искривлённом пространстве. Для обычных задач теория Ньютона остаётся достаточно точной, но ОТО объясняет то, что Ньютон объяснить не мог.
Основная идея
В её основе — принцип эквивалентности: в закрытом ящике нельзя отличить силу тяжести от ускорения. Из него следует, что свет в поле тяготения отклоняется, а время течёт медленнее там, где поле сильнее. Количественно это описывают уравнения Эйнштейна, связывающие кривизну пространства-времени с распределением массы и энергии.
Чем теория подтверждена
- **Орбита Меркурия.** Ближайшая к Солнцу точка орбиты смещается на 43 угловые секунды в столетие больше, чем дают возмущения от других планет. Ньютон этого объяснить не мог, ОТО — объяснила точно.
- Отклонение света. Во время солнечного затмения 29 мая 1919 года Артур Эддингтон измерил смещение положения звёзд у края Солнца порядка 1,7″: это совпало с предсказанием ОТО (1,75″) и не совпало с ньютоновским (0,87″).
- Замедление времени. Часы на орбите идут быстрее, чем на Земле, из-за более слабого тяготения. В сумме с влиянием скорости часы навигационных спутников GPS уходят вперёд на 38 микросекунд в сутки; без поправки ошибка положения накапливалась бы на километры в день.
- Гравитационное линзирование. Массивные скопления галактик искривляют свет далёких объектов и работают как линзы; «Хаббл» и «Уэбб» используют это, чтобы увидеть самые далёкие галактики.
- Гравитационные волны. Рябь пространства-времени предсказана в 1916 году. Впервые её зарегистрировала обсерватория LIGO 14 сентября 2015 года: слились две чёрные дыры массами 36 и 29 солнечных на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет. За это открытие в 2017 году дали Нобелевскую премию по физике.
Чёрные дыры
ОТО предсказала чёрные дыры: области, из которых не может выйти даже свет. Радиус горизонта событий — r = 2GM/c²: для Солнца это был бы шар радиусом около 3 км, для Земли — около 9 мм. Тень сверхмассивной чёрной дыры в галактике M87 показал в 2019 году проект Event Horizon Telescope, а в 2022 году — в центре Млечного Пути («Галактики», «Чёрные дыры»).
Чего теория не объясняет
ОТО не согласуется с квантовой механикой: в центре чёрной дыры и в момент Большого взрыва она предсказывает бесконечную плотность, то есть перестаёт работать. Теории квантовой гравитации, которая бы соединила обе, пока нет.
Основы тяготения — на странице «Тяготение».