 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
142
систему 10 уравнений. В отличие от теории тяготения Ньютона, где есть один потенциал
гравитационного поля, который зависит от единственной величины – плотности массы, в теории
Эйнштейна гравитационное поле описывается 10 потенциалами и может создаваться не только
плотностью массы, но также потоком массы и потоком импульса.
Кардинальное отличие ОТО от предшествующих ей фундаментальных физических теорий в отказе
от ряда старых понятий и формулировке новых. Так, ОТО отказывается от понятий «сила»,
«потенциальная энергия», «инерциальная система», «евклидов характер пространства-времени» и др.
В ОТО используют нежесткие (деформирующиеся) тела отсчета, поскольку в гравитационных полях
не существует твердых тел и ход часов зависит от состояния этих полей.
Такая система отсчета (ее называют «моллюском отсчета») может двигаться произвольным
образом, и ее форма может изменяться, у используемых часов может быть сколь угодно нерегулярный
ход. ОТО углубляет понятие поля, связывая воедино понятия инерции, гравитации и метрики
пространства-времени, допускает возможность гравитационных волн (хотя до сих пор их
экспериментально обнаружить не удалось).
В последние десятилетия своей жизни Эйнштейн усиленно занимался поисками «единой теории
поля», которая бы объединила теорию тяготения и теорию электромагнитного поля. С точки зрения
Эйнштейна, реализация этой задачи позволила бы свойства вещества вывести из представлений о
свойствах поля, «рассматривать вещество как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно
сильно» *, и объяснить существование элементарных частиц. Однако несмотря на все остроумие его
методов и колоссальное упорство, ему не удалось этого достигнуть. К середине XX в. стало ясно, что
работа в этом направлении должна осуществляться с учетом существования не двух (гравитационное
и электромагнитное), а четырех типов фундаментальных взаимодействий.
*
Эйнштейн А., Инфельд Л. Указ. соч. С. 201.
9.2.2. Экспериментальная проверка общей теории относительности
Первый успех ОТО, которая стала фундаментом для выявления новых и объяснения известных
общих свойств и закономерностей Вселенной, заключался в объяснении открытой еще в 1859 г. (и
непонятной с точки зрения классической теории) дополнительной скорости движения перигелия
Меркурия (около 43" в столетие) под влиянием гравитационного поля Солнца (см. 8.2.1). Прецессия
орбиты Меркурия обусловлена искривлением пространства, вызванного гравитационным
воздействием Солнца.
В соответствии с ОТО в результате действия поля тяготения движение материальной точки, так же
как и распространение светового луча, уже не является равномерным и прямолинейным.
Распространение выводов ОТО на оптические явления приводит к ряду необычных следствий —
явлению красного смещения спектров звезд и отклонению светового луча под действием этого поля.
Так, в ОТО был получен новый фундаментальный результат: скорость света уже не является
постоянной величиной, она изменяется, когда свет проходит поле тяготения, увеличиваясь или
уменьшаясь в зависимости от взаимного направления распространения света и
направления сил
тяготения. Отсюда, в частности, следует, что луч света, проходя мимо тела, обладающего сильным
полем тяготения, должен искривляться, если его направление не совпадает с направлением силы
тяготения. Этот эффект может быть обнаружен при наблюдении солнечного затмения. Если сравнить
положение группы звезд, находящихся на небесной сфере вблизи Солнца во время его затмения, с
положением этой же группы звезд ночью, то, согласно ОТО, в первом случае световые лучи от этих
звезд, проходя около поверхности Солнца, должны искривляться в его гравитационном поле,
следовательно, будут наблюдаться смещенными относительно их обычного положения на небесной
сфере.
Большое значение для широкого признания ОТО имели опыты по измерению отклонения лучей
света, проходящих около Солнца. Первая немецкая экспедиция по проверке данного эффекта была
направлена уже в 1914 г. на территорию России, но в связи с началом Первой мировой войны была
интернирована. Затмение 29 мая 1919 г. представляло собой особенно благоприятный случай, когда в
поле наблюдений оказывалось большое число ярких звезд, и потому в Великобритании под
руководством А. Эддингтона были сформированы две экспедиции: одна направилась в Бразилию
(Собрал), а другая — на один из островов, расположенных возле африканского материка (Принсипи).
Как отмечалось в отчете, «результаты экспедиций в Собрал и на Принсипи оставляют мало сомнения в