Простір Ейнштейна

За часів Ньютона фізики уявляли світовий простір як величезне "вмістилище", заповнене різними небесними тілами, між якими діють сили взаємного тяжіння, які не мають жодного відношення до властивостей самого простору. Таке розуміння простору було лише першим наближенням до істини. Більш глибоке розуміння будови Всесвіту та внутрішньої природи тяжіння було представлено Альбертом Ейнштейном у його, так званій, загальній теорії відносності. Простір Ейнштейна оголошувався нерозривно пов'язаним із властивостями матерії.

Однак перший крок до більш глибокого розуміння простору зробив великий математик М.І. Лобачевський, який показав, що геометрія навколишнього світу може бути зовсім не такою простою і очевидною, як це уявлялося раніше.

Як відомо, М.І. Лобачевського зацікавив п'ятий постулат геометрії Евкліда, тобто геометрії світу, у якому ми живемо. П'ятий постулат стверджує, що через точку, розташовану поза прямою лінією, можна провести лише єдину пряму, паралельну даній. Це твердження, що узгоджується з нашим повсякденним досвідом, упродовж тривалого часу вважалося цілком очевидним і не викликало жодних сумнівів. Лобачевський вирішив перевірити його справедливість. Він поставив за мету побудувати таку геометрію, вихідні положення якої були б у всьому тотожні звичайним, але в якій твердження Евкліда про паралельні прямі не мало б місця. Нічого не змінюючи в "звичайній", евклідовій геометрії, вчений взяв за вихідне всі її основні аксіоми, але приєднав до них новий п'ятий постулат. Він припустив, що через точку, що лежить поза прямою, можна провести скільки завгодно ліній, паралельних їй.

Лобачевський міркував так: якщо подібне припущення невірне, воно неминуче призведе до суперечності, і твердження Евкліда про паралельні прямі буде цим доведено. Вчений почав будувати нову геометрію, на кожному кроці очікуючи зустріти суперечність. Але воно чомусь не виникало. Зрештою, Лобачевський зрозумів, що ніякої суперечності й не буде, що можна побудувати геть несуперечливу геометрію і без твердження Евкліда про паралельні лінії.

Це була справді геніальна ідея. Якщо евклідова геометрія не єдина можлива геометрична система, то цілком імовірно, що геометричні властивості Всесвіту можуть виходити за рамки цієї системи.

Простір Ейнштейна став наступним кроком людства у розумінні будови Всесвіту та внутрішньої природи тяжіння. Ейнштейн дійшов висновку, що сили тяжіння безпосередньо пов'язані з фізичними властивостями самого простору. Виявилося, що будь-яке тіло не просто існує в просторі саме по собі, але змінює "навколо себе" його геометрію. Простір викривляється і в ньому буде поширюватися світло вже не по прямій, а по вигнутій лінії. Але як перевірити це з досліду? Само собою зрозуміло, що здійснити подібний експеримент у лабораторних умовах практично неможливо. Адже для того, щоб відхилення світлового променя виявилося досить помітним, на нього необхідно впливати надзвичайно великою масою.

На щастя, подібний експеримент "ставить" сама природа. Завдяки обертанню Землі навколо Сонця земний спостерігач бачить, що наше денне світило переміщається на тлі більш далеких зірок. Внаслідок цього то одна, то інша зірка виявляється на небі поблизу краю сонячного диска і її світлові промені по дорозі до Землі проходять поруч із Сонцем. Якщо викривлення простору поблизу Сонця дійсно має місце, світловий промінь повинен відхилитися від прямої лінії. Тоді для земного спостерігача зірка трохи зміститься щодо свого звичайного становища на небі. Це відхилення світлових променів внаслідок викривлення простору Ейнштейна повністю підтверджено дослідженнями, в основу яких покладена ідея, де в ролі космічного об'єкта, що посилає промені, і в ролі тіла, що відхиляє, повинні були виступати цілі галактики.

Уявіть собі, що дві галактики розташувалися приблизно вздовж променя зору. Якщо властивості простору Ейнштейна вірні в галактичних масштабах, то світлові промені більш далекої галактики, проходячи "поруч" з ближньою, повинні відчувати певне викривлення. В результаті ми бачитимемо далеку галактику в дещо спотвореному вигляді, що було підтверджено багаторазовими дослідженнями.

Отже, властивість простору Ейнштейна викривлятися у сфері великих мас вважатиметься доведеною в метагалактичних масштабах. У повсякденному житті ми цього практично не відчуваємо, оскільки нам зазвичай доводиться мати справу з невеликими відстанями. Однак при переході до космічних масштабів викривленість простору набуває істотного значення.