Чтобы включить гравитацию, Эйнштейн разработал общую теорию относительности в 1915 году...
Чтобы включить гравитацию, Эйнштейн разработал общую теорию относительности в 1915 году. Масса и энергия изменяют геометрию пространства-времени, а движение тел зависит от этой геометрии. Ньютоновское описание говорит о притяжении Земли Солнцем. ОТО описывает её движение в искривлённом пространстве-времени. Для многих задач ньютоновский расчёт остаётся точным приближением, но около массивных компактных объектов и при высоких требованиях к точности существенны поправки ОТО. Часто эту идею изображают тяжёлым шаром на резиновом полотне. Аналогия передаёт связь геометрии и движения, но имеет пределы. Пространство-время четырёхмерно, и его искривление не требует внешней силы, прогибающей поверхность. Геометрия влияет также на свет и ход часов. Различие двух описаний подробнее раскрывает объяснение гравитации. Гравитационный эффект нужно отличать от скоростного. Часы при разных гравитационных потенциалах идут по-разному. У поверхности Земли более высокие часы опережают нижние, если при сравнении учесть движение. Перепад высоты примерно в один метр даёт около 9,4 пикосекунды опережения за сутки. Современные лабораторные приборы способны измерять такую разницу. Вблизи чёрных дыр гравитационное замедление гораздо сильнее, что позволяет проверять физику в условиях, недоступных земным лабораториям. Из геометрического описания следуют проверяемые предсказания. У края солнечного диска ОТО предсказывает отклонение света примерно на 1,75 угловой секунды. Во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 года астрономы измеряли положения звёзд, свет которых проходил рядом с Солнцем. Результаты согласовались с теорией в пределах точности наблюдений. Позднее отклонение света проверили значительно точнее. Другое предсказание касается распространяющихся изменений геометрии пространства-времени, гравитационных волн. Они возникают, в частности, при сближении и слиянии чёрных дыр. 14 сентября 2015 года LIGO впервые непосредственно зарегистрировала такой сигнал, а 11 февраля 2016 года об открытии объявили. Сигнал соответствовал теоретическим расчётам. Лазерная интерферометрия позволяет обнаруживать чрезвычайно малые изменения расстояний при прохождении волны. Гравитационные волны стали и проверкой ОТО, и способом исследовать события, труднодоступные обычным телескопам. В спутниковой навигации оба эффекта изменения хода часов приходится учитывать вместе. Для спутников GPS движение даёт отставание примерно на 7 микросекунд в сутки относительно земных часов. Разность гравитационных потенциалов даёт опережение примерно на 45 микросекунд. Итоговое опережение составляет около 38 микросекунд в сутки. Без соответствующих поправок ошибки определения координат быстро нарастали бы. В ускорителях релятивистские расчёты также необходимы для определения энергии, движения и времени жизни частиц, достигающих околосветовых скоростей. Зависимость измерений от системы отсчёта подчиняется строгим правилам. Скорость света в вакууме одинакова для инерциальных наблюдателей, физические законы сохраняются, причинность не отменяется. Теория не допускает обычных физических способов передачи информации быстрее света. Научная теория представляет собой систему объяснений, проверяемую наблюдениями и экспериментами. СТО и ОТО выдержали множество проверок, но это не снимает вопросов об их применимости в некоторых экстремальных условиях. Согласование геометрического описания гравитации с квантовой физикой остаётся открытой задачей. Наши каналы MAX · Telegram · Дзен #ТеорияОтносительности #Матфизика #ПространствоВремя #Гравитация