Общая теория относительности

Представьте, что Вселенная — это гигантский эластичный батут. А теперь вообразите, что вы кладёте прямо в центр огромный шар для боулинга. Видите, как он создаёт глубокую вмятину? Именно это массивные объекты, такие как звёзды и планеты, делают с тканью пространства и времени. Они изгибают и искривляют её. Я и есть это изгибание и искривление. Когда рядом катится маленький шарик, он больше не движется по прямой линии; он следует по изгибу, созданному шаром для боулинга. Это я в действии. Долгое время люди думали, что гравитация — это просто невидимая верёвка, стягивающая предметы, таинственная сила, открытая сэром Исааком Ньютоном ещё в 17-м веке. Но я нечто гораздо более удивительное. Я — это сама форма Вселенной. Я — причина, по которой планеты вращаются вокруг солнц, а галактики кружатся в гигантских космических танцах. Я — тайный шёпот, который говорит материи, как двигаться, и плавный изгиб, который направляет свет в его путешествии через миллиарды лет. Моё настоящее имя немного сложное, но оно идеально меня описывает. Здравствуйте, я — Общая теория относительности.

Я не была просто открыта; меня вообразил один из самых блестящих умов в истории человечества: Альберт Эйнштейн. Примерно в 1907 году он начал очень глубоко размышлять о гравитации. Он знал, что идеи Ньютона были потрясающими, но они не объясняли всего, особенно того, что происходило вблизи очень массивных объектов или на очень высоких скоростях. Эйнштейна беспокоила идея силы, которая могла действовать мгновенно на огромных расстояниях. У него была знаменитая «самая счастливая мысль», когда он представил себе человека, падающего с крыши. Он понял, что этот человек не будет чувствовать собственного веса — он будет в свободном падении. В этот момент гравитация, казалось бы, исчезнет. Это привело Эйнштейна к революционной идее, названной принципом эквивалентности: эффекты гравитации в точности совпадают с эффектами ускорения. В течение следующих восьми лет Эйнштейн боролся с невероятно сложной математикой, чтобы превратить эту идею в законченную теорию. Он представлял пространство и время не как отдельные вещи, а как единую четырёхмерную ткань, которую он назвал пространством-временем. Наконец, 25-го ноября 1915 года он представил свою завершённую работу Прусской академии наук. Это был мой официальный день рождения. Я родилась из чистой мысли, как новый и прекрасный способ понять силу, которая скрепляет Вселенную.

Будучи совершенно новой идеей, я должна была доказать свою правоту. Моим самым большим предсказанием было то, что гравитация настолько сильна, что может даже изгибать путь света. Эйнштейн рассчитал, что огромная гравитация Солнца должна изгибать свет от далёких звёзд, когда он проходит мимо. Проблема заключалась в том, что днём, когда светит Солнце, звёзд не видно. Но было решение: полное солнечное затмение. 29-го мая 1919 года британский астроном сэр Артур Эддингтон возглавил экспедиции в две разные части света, чтобы наблюдать за одним из них. Когда Луна полностью заслонила яркий свет Солнца, небо потемнело, и стали видны звёзды рядом с Солнцем. Астрономы сделали фотографии и тщательно измерили положение этих звёзд. Когда они сравнили эти фотографии со снимками тех же звёзд, сделанными ночью несколькими месяцами ранее, они обнаружили нечто удивительное. Положение звёзд сместилось. Свет от них действительно был изогнут гравитацией Солнца, причём ровно на ту величину, которую я предсказала. Новость разлетелась по всему миру со скоростью лесного пожара. Я прошла своё первое большое испытание, а Эйнштейн в одночасье стал всемирно известным. Я также разрешила старую загадку о планете Меркурий, чья орбита имела странное небольшое колебание, которое теория Ньютона не могла объяснить. Я показала, что это колебание было вызвано мощным искривлением пространства-времени Солнцем.

Сегодня я не просто идея из учебника. Я — часть вашей повседневной жизни. Вы когда-нибудь использовали GPS, чтобы найти дорогу? GPS вашего телефона связывается со спутниками, вращающимися высоко над Землёй. Поскольку эти спутники находятся в более слабом гравитационном поле, их часы на самом деле идут немного быстрее, чем часы здесь, на Земле. Если бы учёные не использовали мои уравнения для коррекции этой разницы, ваш GPS каждый день ошибался бы на несколько километров. Я также предсказываю существование самых умопомрачительных объектов во Вселенной, таких как чёрные дыры, где пространство-время искривлено настолько, что ничто, даже свет, не может вырваться. И я предсказала, что когда массивные объекты, вроде чёрных дыр, сталкиваются, они посылают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами. В течение ста лет это было лишь предсказанием, но в 2015 году учёные наконец-то впервые обнаружили их с помощью обсерватории LIGO. Это было похоже на то, как если бы мы услышали барабанный бой Вселенной. Моя история показывает, что любопытство и воображение могут изменить мир. Я — напоминание о том, что Вселенная гораздо более странная и удивительная, чем мы можем видеть, и всегда есть новые тайны, которые ждут своего решения. Так что продолжайте смотреть вверх, задавать вопросы, и кто знает, какие новые идеи вы сможете воплотить в жизнь.