Сто лет назад, в начале декабря 1915 года, Эйнштейн направил в печать работу, в которой были получены правильные уравнения гравитационного поля, тем самым было закончено создание общей теории относительности. Эйнштейн работал над этой теорией 10 лет, с тех пор как в 1905 году, 110 лет назад, создал специальную теорию относительности. Физик Игорь Волобуев о релятивистской механике, принципе эквивалентности и орбите Меркурия.

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Как меняются физические законы в различных системах отсчета? Какой физический смысл имеет искривление пространства? И как функционирует Global Positioning System? О неинерциальных системах отсчета, ковариантности и физическом смысле искривления пространства рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

Теория относительности, открытая в 1904 году, была признана научным сообществом, начиная с 1915 года. Никакая Нобелевская премия никогда за эту теорию присуждена не была. Причина понятна: тот, кто первым сформулировал принцип относительности, умер в 1912 году. Это был Анри Пуанкаре.

Я сомневаюсь, что какое-либо явление, реальное или вымышленное, послужило поводом для более озадачивающих, извилистых и невероятно бесплодных философских изысканий, чем путешествия во времени. (Некоторые возможные их конкуренты, например, детерминизм и свобода воли, так или иначе связаны с аргументацией против путешествий во времени.) В своем классическом труде «Введение в философский анализ» Джон Хосперс задается вопросом: «Возможно ли, с точки зрения логики, вернуться назад во времени, скажем, в 3000 год до н. э., и помочь египтянам построить пирамиды? Нам следует сохранять бдительность в этом вопросе».

Среди причин неприятия СТО помимо невежественности, ревности к мировой славе и антисемитизма есть и объективная составляющая — недостаточная убедительность прямого экспериментального подтверждения базовых положений теории. Отклонения от классической механики в пользу СТО возникают в меру отношения v/c, где v — скорость объекта, а c — скорость света в вакууме. Это отношение даже для столь высоких скоростей макроскопических объектов, как скорость звука, имеет порядок 10^–6, поэтому релятивистские эффекты трудно обнаружить. С точки зрения физиков-профессионалов, осуществленный нами эксперимент бесполезен, потому что его результат предопределен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности.

Время — это то, с чем мы имеем дело каждый день и характеризуем как прошлое, настоящее и будущее. Прогрессия времени воплощается в наш опыт, и будущее становится настоящим, а настоящее — прошлым. Фактически невозможно говорить о движении и динамике без концепции времени и его прогрессии. Это похоже на наше восприятие пространства. Говоря о каком-то событии, вполне реально спросить, где оно произошло и когда. Время, так же как и пространственные координаты, — это маркер для определения событий. Однако вполне ясно, что время отличается от пространства тем, как мы его воспринимаем в повседневной жизни. Если по пространственным координатам мы можем ходить свободно в любом направлении, то в случае со временем мы вынуждены двигаться вперед и все время в одном и том же темпе. Как бы мы ни старались, часы всегда будут тикать в одном темпе. Будущее будет приходить на смену настоящему, которое, в свою очередь, будет становиться прошлым. Это восприятие времени как следования одному направлению странным образом не подтверждается фундаментальным описанием природы, и этот вопрос остается одной из самых сложных загадок теоретической физики.

Какие наблюдения лежат в основе специальной теории относительности? Как был выведен постулат о том, что скорость света не зависит от системы отсчета? О чем теорема Нётер? И существуют ли явления, которые противоречат СТО? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

Излучение колеблющимися массами гравитационных волн очень напоминает излучение электромагнитных волн колеблющимися электрическими зарядами. Согласно ОТО, гравитационные волны имеют такую же скорость, как электромагнитные волны, и тоже переносят энергию. Они вызывают движение (смещение) тел, встречающихся на их пути, но ожидаемый эффект настолько мал, что до сих пор не обнаружен. Еще в 1916 году Эйнштейн вычислил мощность гравитационного излучения вращающегося стержня длиной 1 метр. Если даже раскрутить его до такой скорости, что центробежная сила достигнет предела прочности материала на разрыв, мощность излучения окажется равной всего-навсего 10^–37 Вт, что зарегистрировать невозможно. Это делает совершенно нереальным обнаружение гравитационных волн от каких-либо «земных» источников – нужны гигантские массы и столь огромные мощности для приведения их в движение, что эта задача технически невыполнима.

О преобразованиях Лоренца, специальной теории относительности, о парадоксе близнецов и парадоксе стержня и сарая рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.