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.

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.

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.

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