О перемещении планет и тяготении. Следующая ветвь физического естествознания, приведшая к формированию новых идей неклассической рациональности — теория тяготения, взявшая начальное развитие в работах самого Ньютона, основателя хорошей рациональности. Одно из серьёзных физических сотрудничеств — тяготение, выясняется напрямую связано с тайнами «звездного неба», каковые пытливый человеческий ум
желал разгадать с древних времен. «Небеса» — Вселенная, ее структура, ее целостное мироздание, космос как общность всей земли — вот постоянная забота творческого человека. Отыщем в памяти первые модели мира (см. главу 2). Не повторяя уже сообщённого, напомним, что в соответствии с мифологическим представлениям различных народов, к примеру, древних египтян, Вселенная имеет форму громадной равнины, вытянутой с севера на юг, а в центре ее находится Египет. Византийский философ Козьма Индикоплевст (Индикоп-лов) в «Христианской топографии», созданной в 535 г. и взявшей распротранение в Старой Руси, писал, что Вселенная является ящиком «», небесный свод которого поддерживается четырьмя стенками, а внутри, со всех сторон окруженная океаном, находится Почва с огромной горой. Хорошо как мы знаем, что один из самых выдающихся древнегреческих мыслителей Гераклит Эфесский еще в V в. до н. э. провидчески полагал в противном случае: «Мир, единый из всего, не создан никем из всевышних и никем из людей, а был, имеется и будет всегда живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим…» Примеры догадок и мифов различных эпох и школ возможно множить и множить.
Первую математическую совокупность (теорию) строения мира — Вселенной, растолковывающую перемещение планет (звезды казались неподвижными), как уже упоминалось в п. 2.1, создал греческий астролог, философ и математик Евдокс Книдский (400-347 гг. до н. э.). Уместно кроме этого напомнить, что представление о равномерном круговом перемещении небесных тел (планет), самом совершенном из всех вероятных перемещений, как тогда считалось, поддерживали величайшие мыслители античности Аристотель и Платон. Практически две тысячи лет, со II в. н. э., в древней и средневековой науке просуществовала геоцен-
трическая модель мира Птолемея, основанная на идеях Евдокса, Каллипа, Платона, Аристотеля, Эратосфена, Аполлония Пергского и Гиппарха. Но два главных концептуальных положения данной картины были ошибочными — первое, Евдокса, что Почва занимает центральное положение среди известных небесных тел, и второе, Аристотеля, о том, что тела вольно падают тем стремительнее, чем больше их вес. О том, что обстоятельство этому явлению -тяготение, никто тогда из мыслителей не знал, не сказал и без того не думал. Первое положение основывалось на предубеждении об необыкновенном положении Почвы в мироздании, второе — на убеждении в непререкаемую правоту Аристотеля; каждое положение казалось незыблемым, но по прошествии многих столетий, они были все-таки опровергнуты, что лишний раз подтверждает тезис Карла Поп-пера о прогрессе науки в следствии исключения фальшивых догадок. В ошибочности идеи Аристотеля о характере падения тел первым аргументированно начал сомневаться грек Иоанн Филопон из Александрии в VI в., позднее — британец Томас Брадвардин (ок. 1290-1349) из Оксфорда, француз Жан Буридан (ок. 1300-1360). Совсем эту идею опроверг Галилей, осуществив первый в истории науки опыт, замечая падение разных тел с Пизанской башни.
Положение же о геоцентирической модели птолемеевой картины мироздания было опровергнуто только Николаем Коперником в шестнадцатом веке. В его книге «Об обращениях небесных сфер» (1543 г.) была изложена новая совокупность мира, которая в будущем стала называться коперни-ковой либо гелиоцентрической. Солнце («центральный пламя» в пифагорейской и др. идеологиях) в данной модели заняло центральное положение среди известных планет, законы перемещения которых были позднее, в
начале XVII в., открыты Иоганном Кеплером на базе обработки больших массивов эмпирических наблюдений астрологов за предшествующие столетия, среди которых особенное место занимали астрономические наблюдения датского астролога Негромко де Браге за планетой Марс. Природа перемещения планет, да и всех других небесных тел, пребывала в тяготении всех весов друг к другу, как это в первый раз продемонстрировал Исаак Ньютон. Ньютонов постулат тяготения пребывал в прямой пропорциональности силы тяготения размерам тяготеющих весов, т. е. произведению весов, и обратной квадратичной пропорциональности расстояния между ними. Закону этому самим Ньютоном была придана всемировая общность, в следствии чего он стал называться закона глобального тяготения. Это один из самых известных людям глобальных законов природы (такую же беспрецедентную известность имеет закон взаимодействующих зарядов Шарля Кулона). Вместе с тем так в естествознание в первый раз пробралось представление о сотрудничестве, порождающем либо кроме того заменяющим силу, — представление о тяготении. Это сотрудничество в далеком прошлом принято именовать гравитационным, и, как мы знаем на данный момент, оно не сильный из всех известных на сегодня сотрудничеств, но, не в пример вторым, имеет неограниченный радиус действия и, как выяснилось, по природе, самое сложное из них.
Ньютоновское тяготение воистину универсально (от лат. universum — «мир как целое», «все сущее», Вселенная и universalis — неспециализированный, общий). Оно закончило взгляды древних греков и идеям средневековья о принципиальном отличии законов природы на Земле и на небе. Но непонятой и непонятной оставалась природа самого тяготения, действующего через вакуум. Это четко осознавал и сам Ньютон. Поэтому практически в любое время цитй-
I
руют часть следующего отрывка из письма Ньютона от 25 февраля 1693 г. д-ру Бентли: «Непостижимо, — пишет Ньютон, — дабы неодушевленная, неотёсанная материя имела возможность без посредства чего-либо нематериального функционировать и оказывать влияние на другую материю без обоюдного соприкосновения, как это должно бы происходить, если бы тяготение в смысле Эпикура было значительным и врожденным в материи. Предполагать, что тяготение есть значительным, неразрывным и врожденным свойством материи, так что тело может функционировать на второе на любом расстоянии в безлюдном пространстве, без посредства чего-либо передавая воздействие и силу, — это, по-моему, таковой вздор, что немыслим ни для кого, могущего достаточно разбираться в философских предметах. Тяготение должно вызываться деятелем, неизменно действующим по определенным законам. есть ли, но, данный деятель материальным либо нематериальным, решать это я представил моим читателям».
В этом состояло и состоит необычное завещание Ньютона и своим последующим поколениям и современникам потомков, в этом случае нам. До тех пор пока мы эту задачу полностью не решили, но определенные успехи, благодаря великим математикам Николаю Лобачевскому (1793-1860), Бернхарду Риману (1826-1886) и физику Альберту Эйнштейну, имеем.
О неевклидовых геометриях Лобачевского и Римана. Во все физики века и предыдущие математики углубленно думали над проблемой геометрии связи и физического пространства его с природой физических явлений. в течении более чем двух тысяч лет в науке, в первую очередь в математике, господствовала геометрия Евклида (? ок. 330 — ? ок. 272), и, в один момент, она же первая теория физического пространства. Но одна из ак-
сиом геометрии Евклида — теорема о параллельных прямых, она же трактуется кроме этого как V (пятый) постулат Евклида, тревожила многих математиков собственной, в отличие от вторых теорем, сложностью формулировки.
Сам Евклид Александрийский, живший и творивший в царствование Птолемеев I и II, туманно сформулировал данный постулат: «В случае, если прямая, падающая на две прямые, образует внутренние и по одну стороны углы меньше двух прямых, то продолженные неограниченно эти две прямые встретятся с той стороны, где углы меньше двух прямых». Позднее в передаче древнего философа Про-кла данный постулат звучал определеннее: «В случае, если прямая пересекает одну из двух параллельных прямых, то она пересекает и вторую прямую», но математик Дж. Плейфер (1748-1819), выразил постулат еще легче, придав ему известный школьный вариант: «Через данную точку возможно совершить только одну параллельную прямую к данной прямой».
Начиная с древних времен, многие математики делали тщетные попытки доказать либо опровергнуть теорему о параллельных прямых. Наиболее выдающимся среди математиков, думавшим над данной проблемой, был Карл Фридрих Гаусс (1777-1855). В 1813 году Гаусс разрабатывал собственный вариант релятивисткой геометрии, но так и не опубликовал ни одной работы, которая связана с разрешением данной неприятности, не смотря на то, что, как отмечают историки математики, ответ он знал, но парадоксальностью этого ответа опасался подорвать собственный авторитет великого математика. геометрии и Слава создателя в собственности великому русскому математику Николаю Лобачевскому. Венгерский математик Янош Больяи (1802-1860) создал собственные идеи по релятивисткой геометрии независимо от Лобачевского и позднее.
Лобачевский первым доказал в 1826 г., что теорема Евклида о параллельных прямых не может быть непротиворечиво согласована с остальными теоремами евклидовой геометрии, так называемыми теоремами сочетания, порядка, непрерывности и движения.
Отвергнув теорему Евклида о параллельных прямых, Лобачевский ввел собственную теорему параллельности, в которой допустил, что через точку, лежащую вне заданной прямой, возможно совершить несколько, а по крайней мере две (в принципе нескончаемое количество) прямых, не пересекающих данную прямую. Это нескончаемое множество прямых линий, проходящих через эту точку, ограничено двумя прямыми, каковые и считаются параллельными данной прямой. На базе этого допущения Лобачевский выстроил релятивисткую геометрию, в которой довольно много необыкновенных с позиций приверженцев геометрии Евклида выводов. Так, к примеру, математики Ф. Клейн и А. Пуанкаре продемонстрировали, что за плоскость Лобачевского возможно принята внутренность круга, а за пространство -внутренность шара, в то время как еще пара раньше, в 1876 г., итальянский математик Э. Бельтрами продемонстрировал, что неэвклидовой геометрии соответствует псевдосфера. Прямыми, в соответствии с Пуанкаре, в этих моделях считаются дуги окружностей, перпендикулярные окружности данного круга. Модель Пуанкаре превосходна тем, что в ней углы Лобачевского изображаются простыми углами. Аналитическое определение неэвклидовой геометрии пребывает в том, что это имеется геометрия пространства постоянной отрицательной кривизны (типа поверхности седла, устанавливаемого на круп лошади). Как следствие этого, сумма углов треугольника в неэвклидовой геометрии в любой момент меньше 180° и пытается к 180° с уменьшением площади треугольника (т. е. сумма углов треугольника в гео-
… .. . ‘,,. .- ..-,¦ ..,…’…. • .-,.
метрии Лобачевского пропорциональна площади треугольника!). В данной геометрии нет аналогичных и неконгруэнтных (неравных) треугольников; треугольники равны, в случае, если их углы равны, и т. д.
Образ пространства Лобачевского возможно условно выразить, представив себе гору неограниченной высоты с совершенными склонами по всей долготе и с ровной вершиной. С данной вершины тело может соскользнуть вниз по нескончаемому числу дорог, и ни один из этих дорог не пересечется, так что мы имеем в этом случае нескончаемое число параллельных (непересекающихся) линий перемещения.
Одно из наиболее значимых следствий неевклидовой неэвклидовой геометрии состоит кроме этого в том, что она способна обрисовывать свойства физического пространства никак не в меньшей, если не в большей мере, и, быть может, кроме того более совершенно верно, чем евклидова геометрия. К примеру, довольно много позднее в теории тяготения было продемонстрировано, что в случае, если вычислять распределение весов во Вселенной равномерным, то физическое пространство таковой Вселенной имеет криволинейную геометрию, достаточность и Необходимость евклидовой геометрии как геометрии физического пространства ниоткуда не нужно и никем ни при каких обстоятельствах не была доказана; истинность той либо другой геометрии возможно установлена лишь умелым методом (это светло осознавал сам Лобачевский, стремясь отыскать эмпирические основания собственной геометрии).
Неприятность выбора геометрии, самая соответствующей настоящему физическому пространетву, исследовалась в будущем, уже по окончании Лобачевского, самым великим из учеников Гаусса, Бернхардом Риманом. Риман первым поставил вопрос: что нам точно известно о пространстве? Одна из целей Римана пребывала в доказательстве того, что теоремы Евклида являются эмпирическими, а не оче-
известный истинами. Риман избрал аналитический подход, потому, что геометрические доказательства не свободны от’ чувственного опыта, «здравого смысла», талантливого привести к ошибочным заключениям.
Риман, в следствии продолжительных поисков адекватного описания особенностей физического пространства, пришел к мысли, что описание пространства должно быть локальным (от лат. localis — местный), потому что свойства пространства смогут изменяться от точки к точке (от места к месту). Квадрат расстояния ds между двумя бесконечно-родными точками в пространстве (в котором введена совокупность координат x1, х2, х3) возможно представлен в виде некоей двойной суммы по индексам i и к = 1, 2, 3:
где 
— так называемый метрический тензор, по сути, это некая квадратная таблица, ее именуют матрица, состоящая в этом случае из 9 = 3 х 3 компонентов (элементов), любой из которых имеется определенная функция пространственных координат x1 х2, х3.
Так, компоненты метрического тензора характеризуют локальные (местные) особенности пространства. В принципе, приведенная выше формула имеется не что иное, как обобщение на трехмерный случай известной всем теоремы Пифагора, честной в собственной привычной форме в евклидовой геометрии в виде: 
В этом частном случае компоненты матрицы метрического тензора равны 0 и 1. Единицы расположены на диагонали матрицы (число этих компонентов матрицы — 3), 0 расположены вне диагонали, и число их равняется 6.
В любой геометрии значительное положение занимает вопрос о прямых либо малейших линиях, соединяющих
какие-либо две точки пространства. Так вот, в римановой геометрии, являющейся в несложном случае геометрией двумерной сферы в трехмерном евклидовом пространстве, с отождествленными диаметрально противоположными точками, прямыми являются громадные круги сферы. В следствии каждые две прямые пересекаются, плоскость не разделяет пространства, само пространство имеет хорошую постоянную кривизну (у Лобачевского — постоянную отрицательную) и т. д.
Риман высказал очень способное предположение, что свойства физического пространства должны зависеть от происходящих в нем физических явлений. В будущем эту идею Римана поддержал ирландский математик Уильям Клиффорд (1854-1879). Клиффорд высказал частное предположение, что гравитационные эффекты, быть может, обусловлены кривизной пространства. Догадки Римана и Клиффорда дождались собственного часа лишь в двадцатом веке, с возникновением неспециализированной теории относительности Эйнштейна. Что же предопределило, в конечном счете, необходимость в новой теории тяготения и пространства?
Принцип эквивалентности Эйнштейна. 10 лет усердной работы (с 1905 по 1915 гг.) пригодилось Эйнштейну, дабы показалось одно из самых выдающихся научных творений человечества — неспециализированная теория относительности (ОТО) либо теория тяготения Эйнштейна, которая связала тяготение и массу (как физические явления) с геометрией пространства и времени, обусловила их совместное сосуществование.
Краеугольный камень теории был заложен в 1907 г., в то время, когда Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности инертной и тяготеющей весов. Принцип данный имеется предстоящее современное развитие утверждения Галилея (ничто в науке не делается без предшественников!) о том,
что в гравитационном поле все тела независимо от их веса покупают однообразные ускорения (но не так, как полагал об этом Аристотель). В мысленном опыте Эйнштейн обратил внимание, что наблюдатель, находящийся в закрытой (без окон) кабине, не в состоянии отличить влияние тяготения от эффектов ускоренного перемещения. В неподвижной кабине на Земле и в ней же, движущейся в свободном космическом пространстве, к примеру, в ракете, с ускорением, равным земному ускорению падения, все предметы совсем одинаково ускоряются по направлению к полу кабины. Значит, эффекты ускоренного движения и гравитации неразличимые По какой причине? С чем связывать природу таковой неразличимости, тождественности?
Представим, и это имеется второй мысленный опыт Эйнштейна, что мы находимся сейчас в закрытом (опять без окон) лифте. В случае, если трос лифта внезапно оборвется, то и сам лифт, и все предметы в нем, и наблюдатель, а также, начнут вольно и все с однообразным ускорением падать под действием поля тяготения Почвы. Наблюдатель не будет в этом случае ощущать давления на пол лифта, т. е. не будет ощущать собственного веса, испытывая чувство невесомости. Никакие опыты, проводимые в лифте, не разрешат наблюдателю выяснить, падает ли он вместе с лифтом либо вольно парит в космическом пространстве вдалеке от поля тяготения Почвы (тут мы имеем дело с обобщением принципа относительности на ускоренные совокупности). Из этого опыта Эйнштейн установил эквивалентность тяготения ускоренно движущимся совокупностям отсчета — эффекты тяготения возможно создавать либо ликвидировать, выбирая подходящие совокупности отсчета. В таком падающем лифте честны законы механики, а это значит, что ускоренные тела являются локальные инерциальные совокупности отсче-
та (локальными считаются как ограниченный в размерах лифт, так и его ограниченное расположение в пространстве). Тем самым Эйнштейн распространил концепцию инерциальной совокупности на все вольно падающие совокупности отсчета и отказался от их отождествления с безотносительным ньютоновым пространством (вот здесь-то и не пригодились пространства неевклидовых геометрий). Помимо этого, Эйнштейн уточнил концепцию локальной принципа и системы эквивалентности, полагая, что они честны лишь в малых областях пространства, где силу тяжести можно считать постоянной (как это имеет место вблизи поверхности Почвы).
Следствия принципа эквивалентности: красное лучей и отклонение света смещение. Вероятны поразительные замечаемые следствия мысленных опытов Эйнштейна, составляющие концептуальные базы современных представлений о пространстве, времени и тяготении.
В случае, если эффекты ускоренного движения и тяготения неразличимы, то лучи света должны отклоняться гравитационным полем, а свет, испускаемый тяготеющей массой (звездой), обязан испытывать так именуемое красное смещение, свет же, падающий на тяготеющую массу, будет испытывать фиолетовое смещение. Опять в мыслях возвратимся в падающий лифт. Потому, что в нем действует невесомость, т. е. нет проявления сил, то любое перемещение, в соответствии с принципу Галилея, сохраняет в нем собственный состояние, к примеру, полет горизонтально кинутого поперек падения тела совершается горизонтально (прямолинейно). Это же справедливо и по отношению к лучу света. Но отмечается вторая траектория полета луча, искривленная, как у боеприпаса, выпущенного из пушки, в случае, если наблюдать на это извне. Вправду, любой объект с позиций внешнего наблюдателя участвует
сходу в двух перемещениях: в горизонтальном и вертикальном, что ведет, как в первый раз еще установил Галилей, к параболической траектории. Как бы не было мало отклонение светового луча из-за большой скорости его распространения, принципиально оно должно быть, и обстоятельство тому — принцип эквивалентности. Так, лучи света, проходя вблизи массивных тел (звезд, Солнца), должны отклоняться от начального направления распространения.
Сейчас с позиций принципа эквивалентности рассудим о доплеровском эффекте для светового луча, испущенного из области с замечательным гравитационным полем (к примеру, испущенного звездой). Пускай в падающем лифте свет был направлен вверх. Тогда внешний наблюдатель, наблюдающий вслед удаляющемуся лифту (практически вслед удаляющемуся источнику света), будет регистрировать как бы растяжение волны, ее удлинение, т. е. сдвиг в сторону красной части спектра, что именуется красным смещением. И, наоборот, в случае, если направить луч в падающем лифте вниз и наблюдать навстречу лучу, то частота принятого луча света возрастет (волна сожмется, как пружина под действием сжимающей ее продольной силы) и свет испытает для наблюдателя фиолетовое смещение.
Тяготение как следствие искривленного пространства-времени. Неспециализированная теория относительности. В соответствии с неспециализированной теории относительности, свойства пространства-времени обусловлены находящейся в ней материей, что проявляется в наличии кривизны пространства-времени. Чем больше массы тел, тем более искривлено пространство около. И, возможно, один из самых увлекательных выводов ОТО содержится конкретно в том, что не существует каких-то особенных сил тяготения, над природой которых бесплодно думал великий Ньютон, потому, что тя-
готение определяется искривлением пространства-времени. Тела в искривленном пространстве-времени движутся вольно, по так называемым геодезическим линиям, линиям наикратчайшего расстояния между точками пространства. Американский физик Арчибальд Уилер дал такую меткую чёрта ОТО: «Вещество говорит пространству, как тому искривляться, а пространство говорит веществу, как тому двигаться».
Сформулируем широко известный последовательность главных выводов ОТО:
1. Свойства пространства-времени зависят от материи.
2. Лучи света должны воображать собой в общем
случае не прямые линии, а кривые. Искривление лучей
света должно быть посильнее вблизи тел с большей массой.
3. Частота света, испущенного неким источником (звез
дой), обязана изменяться от точки к точке в пространстве.
В частности, линии солнечного спектра под действием
гравитационного поля Солнца должны смещаться в сто
рону красного света, по сравнению со спектрами соответ
ствующих химических элементов на Земле.
Сформулированные выше выводы теории тяготения возможно взять как следует на базе следующего, предлагаемого нами мысленного опыта. Представим себе плоское (евклидово) пространство. Внесем в него материальное тело, которое своим присутствием обязательно должно привести к искажению единственного свойства этого евклидова пространства быть плоским, и этим также единственным искажением возможно лишь его искривление. Следовательно, в таком искривленном пространстве исчезает, как таковое, перемещение по евклидовым прямым, образом которого (образом прямой линии) есть перемещение луча света. Тогда приобретаем, что луч света уже ни при каких обстоятельствах не распространяется по прямой, а лишь по ис-
кривленной линии. Но, и любое тело сейчас уже не движется по прямой линии, а лишь по кривой. Более того, ни одна линия при таких условиях не может быть замкнутой в евклидовом смысле, так что, к примеру, ни одна планета не возвращается в исходную точку собственной траектории. Потом, ни одно периодическое перемещение (того же света, электромагнитной волны второй частоты) не сохраняет собственной периодичности (частоты) при распространении в искривленном поле тяготения. Сами же, и реальное время и реальное пространство как физические явления (конкретно как явления, эти нам в восприятиях), появляются лишь тогда, в то время, когда в эталонном евклидовом, математически мыслимом пространстве появляется первое материальное тело. Из этого наиболее значимый вывод — физическое время и физическое пространство создается материей и без нее не существует как данность. Вместе с тем, и это следующий наиболее значимый вывод предлагаемого мысленного опыта, не имеет место (не выполняется) принцип обратимости перемещения (и времени), потому что никакое перемещение в искривленном пространстве (поле тяготения) себя абсолютно ни при каких обстоятельствах не повторяет. В природе, так, господствует принцип необратимости перемещения и времени, и это одно из самых фундаментальных следствий искривления пространства и времени, имеющее глубочайшее общенаучное и философское значение.
Проверка неспециализированной теории относительности. Уже в 1919 году британская научная экспедиция, снаряженная для наблюдения солнечного затмения в Египте, подтвердила правильность второго вывода ОТО. «Будущее оказала мне милость, разрешив дожить до этого дня», — написал Эйнштейн Максу Планку.
Еще один серьёзный вывод ОТО заключался в том, что орбитами планет нашей системы являются не эллип-
сы, (в соответствии с 1-му закону Кеплера), а более сложные кривые, приобретаемые наложением двух перемещений — по эллипсу и вращением, поворотом эллипса полностью. Это явление прецессии перигелия планет особенно заметным должно быть у Меркурия, но кроме того у Меркурия (ближайшей к Солнцу планеты) эллипс поворачивается на 43 угловые секунды за сто лет. Однако данный эффект надежно наблюдался астрологами в далеком прошлом и никак не обнаружил объяснения. Смещение перигелия Меркурия не имеет объяснения никакой другой теорией, не считая как неспециализированной теорией относительности. Это также настоящий успех неспециализированной теории относительности.
Третий предвещаемый эффект ОТО, гравитационное красное его эквивалент и смещение — замедление времени, был особенно убедительно обоснован по окончании лазеров и изобретения мазеров русскими физиками Александром Геннадием и Прохоровым американцем и Басовым Теодором Мейманом. Гравитационное красное смещение направляться из принципа эквивалентности, но его возможно растолковать в противном случае, то есть: дабы свет имел возможность покинуть область с полем тяготения (к примеру, поле звезды либо планеты), он обязан совершить работу, т. е. утратить часть собственной энергии. Потеря энергии ведет к уменьшению частоты света, покидающего указанные массивные тела. При уменьшении частоты света убывает и число регистрируемых в единицу времени (к примеру, за 1 сек) волновых максимумов. В случае, если их временное следование вычислять за «тикание» часов, то ясно, что в поле тяготения это «тикание» совершается реже, медленнее. Вот исходя из этого гравитационное красное смещение возможно толковать как замедление времени. В земных условиях из-за малости величины поля тяготения естественное отставание часов на 1 сек накапливается за 50-летний период! И однако данный эффект был
зарегистрирован в 1960 г. в опытах американских физиков Роберта Паунда и Дж. Ребки. Они измерили сдвиг частоты гамма-излучения (а позже и излучения лазера), пучок которого направляли на 23 м вверх и вниз по вертикали, и в их опыте сдвиг совпал с точностью до 1% с предсказанием Эйнштейна.
Итак, три вывода неспециализированной теории относительности -искривление лучей света, поворот красное перигелия и гравитационное смещение Меркурия были экспериментально обоснованы. Но в пределах солнечной системы и Земли все эти эффекты имеют микроскопические значения, чуть-чуть отличаясь от предсказаний ньютоновой механики. Но совсем другая картина великого значения ОТО предстает при рассмотрении объектов Вселенной в космологических масштабах, объектов с чудовищно громадными весами. Этому будет посвящена глава 6.
Резюме
1) Первой теорией физического пространства, плоского и не искривленного, есть геометрия Евклида.
2) В 1915 году А. Эйнштейном создана неспециализированная теория относительности — логически весьма стройная теория, объединяющая пространство-время и материю с учетом лишь одного (одного из четырех известных) — гравитационного сотрудничества.
3) Три известных вывода ОТО (искривление световых лучей, смещение красное перигелия и гравитационное смещение Меркурия) взяли экспериментальное подтверждение.
Вопросы для дискуссии
1) Обсудите эквивалентность гравитационной и инерционной весов тела.
Эта эквивалентность машинально ведет к тому, что «поле гравитации» возможно заменить перемещением с ускорением, равным ускорению поля тяготения.
Сам Эйнштейн полагал, что именно принцип эквивалентности есть ответственным при создании ОТО (наровне с постулатами СТО).
2) Проанализируйте наиболее значимые опыты, подтверждающие ОТО.
а) Искривление световых лучей вблизи массивного тела, на
пример, Солнца, возможно зафиксировать в момент солнечного зат
мения.
б) Гравитационное красное смещение — сдвиг спектра из
лучения любого химического элемента, находящегося на источ
нике света (звезде), обусловлен «задержкой» гравитационным
полем фотонов, отлетающих от источника.
в) Мизерное смещение перигелия Меркурия предсказано
лишь неспециализированной теорией относительности, и ее количественное
предсказание сходится с астрономическими наблюдениями.