Следствия общей теории относительности

Зная геометрию пространства, можно вычислить орбиту тела, на которое не действует ничто кроме гравитации. Теперь мы не считаем гравитацию силой, а говорим о свободном движении. В плоском пространстве такое движение происходит по прямой линии, но в искривленном пространстве свободное движение мо­жет происходить практически по замкнутой орбите. Возьмем об­ращающуюся вокруг Солнца планету. Она движется вперед по пря­мой, то есть по кратчайшему пути, но так как Солнце искривило пространство, орбита планеты становится эллипсом.

Тяжелый шар, помещенный в центр этой поверхности, образует на ней впадину. Теперь покатим по ней маленький шарик. Подтолкнув этот шарик в нужном направле­нии, вы сможете заставить его прокатиться вокруг большого шара, возможно, по эллиптической орбите. Это выглядит так, будто су­ществует центральная сила, притягивающая шарик, в то время как орбита возникает изза формы поверхности. Эта аналогия не со­всем точная, так как существует еще дополнительная сила — при­тяжение Земли.

Для планет, обращающихся вокруг Солнца, как теория Нью­тона, так и теория Эйнштейна дают почти одинаковый результат. Наибольшее различие наблюдается для Меркурия, обращающего­ся вблизи массивного Солнца. Как мы уже говорили, большая ось орбиты Меркурия медленно прецессирует под влиянием остальных планет. Но теория Эйнштейна предсказывает дополнительную, по сравнению с теорией Ньютона, прецессию, равную 43" за юо лет. В действительности это мизерное расхождение теории Ньютона с наблюдениями уже было обнаружено и считалось серьезной про­блемой в годы создания теории Эйнштейна.

Объяснение движения Меркурия стало первым успехом новой теории гравитации, созданной Эйнштейном. Другим ее следствием

Было отклонение лучей света, проходящих близ поверхности Солн­ца. Из-за этого звезды кажутся сдвинутыми от своего реального по­ложения на небе, когда Солнце наблюдается вблизи них. Обычно мы не можем увидеть звезды и Солнце одновременно, но в момент солнечного затмения это возможно.

Когда во время солнечного зат­мения 1919 года сдвиг звезд на ожидаемую величину был обнару­жен, это расценили как победу теории Эйнштейна. В то время были известны только два конкурента общей теории относи­тельности: теория финского физика Гуннара Нордстрёма (см. гла­ву 18) вообще не предсказывала отклонения лучей света, а по теории Ньютона лучи должны были отклоняться, но вдвое слабее, чем по Эйнштейну. В наши дни при наблюдении космических радиоисточ­ников точность измерений стала еще выше: прогноз теории Эйн­штейна подтверждается с точностью 1%.

Третье предсказание общей теории относительности подтверди­лось гораздо позже. Согласно этой теории, время течет медленнее в искривленном пространстве, то есть — в сильном гравитационном поле. Следовательно, на первом этаже дома время течет медленнее, чем на чердаке, поскольку чердак дальше от центра Земли и при­тяжение там немного слабее. В 1960 году американцы Роберт Паунд и Глен Ребка измерили это различие в скорости течения времени на расстоянии по вертикали в 22,5 м. Результат совпал с прогнозом теории Эйнштейна с точностью ю%; результаты современных из­мерений совпадают с предсказанием с точностью 0,01%.