Пространство Эйнштейна

Во времена Ньютона физики представляли себе мировое пространство как огромное "вместилище", заполненное различными небесными телами, между которыми действуют силы взаимного притяжения, не имеющие никакого отношения к свойствам самого пространства. Такое понимание пространства было лишь первым приближением к истине. Более глубокое понимание строения Вселенной и внутренней природы тяготения было представлено Альбертом Эйнштейном в его, так называемой, общей теории относительности. Пространство Эйнштейна объявлялось неразрывно связанным со свойствами материи.

Пространство Эйнштейна объявлялось неразрывно связанным со свойствами материи

Однако, первый шаг к более глубокому пониманию пространства сделал великий математик Н. И. Лобачевский, который показал, что геометрия окружающего нас мира может быть совсем не такой простой и очевидной, как это представлялось раньше.

Как известно, Н. И. Лобачевского заинтересовал пятый постулат геометрии Эвклида, то есть геометрии того мира, в котором мы живем. Пятый постулат утверждает, что через точку, расположенную вне прямой линии, можно провести лишь единственную прямую, параллельную данной. Это утверждение, согласующееся с нашим повседневным опытом, в течение длительного времени считалось вполне очевидным и не вызывало никаких сомнений. Лобачевский решил проверить его справедливость. Он задался целью построить такую геометрию, исходные положения которой были бы во всем тождественны обычным, но в которой утверждение Эвклида о параллельных прямых не имело бы места. Ничего не меняя в "обычной", эвклидовой геометрии, ученый взял за исходное все ее основные аксиомы, но присоединил к ним новый пятый постулат. Он предположил, что через точку, лежащую вне прямой, можно провести сколько угодно линий, ей параллельных.

Лобачевский рассуждал так: если подобное предположение неверно, оно неизбежно приведет к противоречию, и утверждение Эвклида о параллельных прямых будет тем самым доказано. Ученый начал строить новую геометрию, на каждом шагу ожидая встретить искомое противоречие. Но оно почему-то не возникало. В конце концов, Лобачевский понял, что никакого противоречия и не будет, что можно построить вполне непротиворечивую геометрию и без утверждения Эвклида о параллельных линиях.

Это была поистине гениальная идея. Если эвклидова геометрия не единственная возможная геометрическая система, то вполне вероятно, что геометрические свойства Вселенной могут выходить за рамки этой системы...

Пространство Эйнштейна стало следующим шагом человечества в понимании строения Вселенной и внутренней природы тяготения. Эйнштейн пришел к выводу, что силы тяготения непосредственно связаны с физическими свойствами самого пространства. Оказалось, что любое тело не просто существует в пространстве само по себе, но изменяет "вокруг себя" его геометрию. Пространство искривляется и световой луч в нем будет распространяться уже не по прямой, а по изогнутой линии. Но как проверить это на опыте? Само собой разумеется, что осуществить подобный эксперимент в лабораторных условиях практически невозможно. Ведь для того, чтобы отклонение светового луча оказалось достаточно заметным, на него необходимо воздействовать чрезвычайно большой тяготеющей массой.

К счастью, подобный эксперимент "ставит" сама природа. Благодаря обращению Земли вокруг Солнца, земной наблюдатель видит, что наше дневное светило перемещается на фоне более далеких звезд. Вследствие этого, то одна, то другая звезда оказывается на небе вблизи края солнечного диска и ее световые лучи по дороге к Земле проходят рядом с Солнцем. Если искривление пространства вблизи Солнца действительно имеет место, то световой луч должен отклониться от прямой линии. Тогда для земного наблюдателя звезда несколько сместится относительно своего обычного положения на небе. Это отклонение световых лучей в результате искривления пространства Эйнштейна полностью подтверждено исследованиями, в основу которых положена идея, где в роли космического объекта, посылающего лучи, и в роли отклоняющего "тела" должны были выступать целые галактики.

Представьте себе, что две галактики расположились приблизительно вдоль луча зрения. Если свойства пространства Эйнштейна верны в галактических масштабах, то световые лучи более далекой галактики, проходя "рядом" с ближней, должны испытывать определенное искривление. В результате мы будем видеть дальнюю галактику в несколько искаженном виде, что было подтверждено многократными исследованиями.

Таким образом, свойство пространства Эйнштейна искривляться в области больших масс можно считать доказанным для метагалактических масштабов. В повседневной жизни мы этого практически не ощущаем, поскольку нам обычно приходится иметь дело со сравнительно небольшими расстояниями. Однако при переходе к космическим масштабам искривленность пространства приобретает существенное значение.

Инструменты