Загальна теорія відносності

Уявіть, що Всесвіт — це гігантський, еластичний батут. Тепер уявіть, що ви кладете величезну кулю для боулінгу прямо посередині. Бачите, як вона створює глибоку вм'ятину? Саме це масивні об'єкти, як-от зірки та планети, роблять із тканиною простору і часу. Вони згинають і викривляють її. Я і є це згинання та викривлення. Коли менша кулька котиться поруч, вона більше не рухається по прямій лінії. вона слідує за кривою, утвореною кулею для боулінгу. Це я в дії. Довгий час люди думали, що гравітація — це просто невидима мотузка, що стягує речі разом, таємнича сила, відкрита сером Ісааком Ньютоном ще в 17-му столітті. Але я — щось набагато дивовижніше. Я — сама форма Всесвіту. Я — причина, чому планети обертаються навколо сонць, а галактики кружляють у гігантських космічних танцях. Я — таємний шепіт, що говорить матерії, як рухатися, і плавна крива, що направляє світло в його подорожі крізь мільярди років. Моє справжнє ім'я трохи складне для вимови, але воно ідеально мене описує. Привіт, я — Загальна теорія відносності.

Мене не просто відкрили. мене уявив один із найгеніальніших умів в історії людства: Альберт Айнштайн. Близько 1907-го року він почав дуже глибоко замислюватися над гравітацією. Він знав, що ідеї Ньютона були дивовижними, але вони не пояснювали всього, особливо того, що відбувалося поблизу дуже масивних об'єктів або на дуже високих швидкостях. Айнштайна турбувала ідея сили, яка могла діяти миттєво на величезних відстанях. У нього була знаменита «найщасливіша думка», коли він уявив людину, що падає з даху. Він зрозумів, що людина не відчуватиме власної ваги — вона буде у вільному падінні. У цей момент гравітація, здавалося б, зникне. Це привело Айнштайна до революційної ідеї, що отримала назву принципу еквівалентності: ефекти гравітації абсолютно такі ж, як і ефекти прискорення. Протягом наступних восьми років Айнштайн боровся з неймовірно складною математикою, щоб перетворити цю ідею на повну теорію. Він уявляв простір і час не як окремі речі, а як єдину чотиривимірну тканину, яку він назвав простором-часом. Нарешті, 25-го листопада 1915-го року, він представив свою завершену роботу Прусській академії наук. Це був мій офіційний день народження. Я народилася з чистої думки, як новий і прекрасний спосіб зрозуміти силу, що тримає Всесвіт разом.

Будучи абсолютно новою ідеєю, я мала довести свою правоту. Моїм найбільшим передбаченням було те, що гравітація настільки потужна, що може навіть викривляти шлях світла. Айнштайн розрахував, що масивна гравітація Сонця повинна згинати світло від далеких зірок, коли воно проходить повз нього. Проблема полягала в тому, що зірки неможливо побачити вдень, коли світить Сонце. Але було рішення: повне сонячне затемнення. 29-го травня 1919-го року британський астроном сер Артур Еддінгтон очолив експедиції до двох різних куточків світу, щоб спостерігати за одним із них. Коли Місяць ідеально заблокував яскраве світло Сонця, небо потемніло, і зірки поблизу Сонця стали видимими. Астрономи зробили фотографії та ретельно виміряли положення цих зірок. Коли вони порівняли ці фотографії зі знімками тих самих зірок, зробленими вночі місяцями раніше, вони виявили щось дивовижне. Положення зірок змістилося. Світло від них дійсно було викривлене гравітацією Сонця, причому саме на ту величину, яку я передбачала. Новина поширилася світом, як лісова пожежа. Я пройшла свій перший великий тест, і Айнштайн за одну ніч став всесвітньо відомим. Я також розгадала стару загадку про планету Меркурій, орбіта якої мала дивне невелике коливання, яке теорія Ньютона не могла пояснити. Я показала, що коливання було спричинене потужним викривленням простору-часу Сонцем.

Сьогодні я — не просто ідея в підручнику. Я — частина вашого повсякденного життя. Ви коли-небудь використовували GPS, щоб знайти дорогу? GPS вашого телефону спілкується із супутниками, що обертаються високо над Землею. Оскільки ці супутники перебувають у слабшому гравітаційному полі, їхні годинники насправді йдуть трохи швидше, ніж годинники тут, унизу. Якби вчені не використовували мої рівняння для корекції цієї різниці, ваш GPS щодня помилявся б на кілька кілометрів. Я також передбачаю існування деяких із найбільш вражаючих об'єктів у Всесвіті, як-от чорні діри, де простір-час викривлений настільки сильно, що ніщо, навіть світло, не може вирватися. І я передбачила, що коли масивні об'єкти, як-от чорні діри, стикаються, вони посилають у простір-час брижі, які називаються гравітаційними хвилями. Протягом ста років це було лише передбаченням, але у 2015-му році вчені нарешті виявили їх уперше за допомогою обсерваторії LIGO. Це було ніби почути барабанний бій Всесвіту. Моя історія показує, що допитливість та уява можуть змінити світ. Я — нагадування про те, що Всесвіт набагато дивніший і прекрасніший, ніж ми можемо бачити, і завжди є нові таємниці, які чекають на своє розкриття. Тож продовжуйте дивитися вгору, продовжуйте ставити запитання, і хто знає, які нові ідеї ви зможете втілити в життя.