Теория относительности Эйнштейна

На самом же деле ничего страшного  в этом факте нет. Он - прямое следствие  принципа эквивалентности. Действительно, переходя в систему, связанную со свободно падающим лифтом, мы обращаем в ноль напряженность гравитационного  поля. Вполне естественно, что в этой системе равна нулю и плотность  энергии гравитационного поля. Отсюда, однако, вовсе не следует, что гравитационные волны - всего лишь игра ума, математическая абстракция.

Это в принципе наблюдаемое физическое явление. Так, например, стержень, находящийся  в поле гравитационной волны, испытывает деформации, меняющиеся с ее частотой. Увы, оговорка "в принципе" отнюдь не случайна: масса любого объекта  на Земле настолько мала, а движение его столь медленно, что генерация  гравитационного излучения в  земных условиях совершенно ничтожна, не видно сколько-нибудь реального  способа зарегистрировать такое  излучение. Существует ряд проектов создания детекторов гравитационного  излучения от космических объектов. Однако и здесь реальных результатов  до сих пор нет. Следует также  сказать, что, хотя плотность энергии  гравитационного поля в любой  точке можно по своему желанию  обратить в ноль выбором подходящей системы координат, полная энергия  этого поля во всем объеме, полный его  импульс имеют совершенно реальный физический смысл (конечно, если поле достаточно быстро убывает на бесконечности). Столь  же наблюдаемой, хорошо определенной величиной  является и потеря энергии системой за счет гравитационного излучения.

Однако энергия гравитационных волн может черпаться только из энергии  орбитального движения звезд. Падение  последней приводит к уменьшению расстояния между звездами.

Нобелевская премия по физике за 1993 год  была присуждена Халсу и Тейлору за исследование пульсара PSR 1913+16 (буквы PSR означают пульсар, а цифры относятся к координатам на небесной сфере: прямое восхождение 19^h13^h, склонение +16^o). Исследование свойств излучения этого пульсара показало, что он является компонентом двойной звезды. Иными словами, у него есть компаньон, и обе звезды вращаются вокруг общего центра масс. Расстояние между этим пульсаром и его компаньоном составляет всего 1,8.10⁶ км. Если бы невидимый компаньон был обычной звездой с характерным радиусом ~10⁶ км, то наблюдались бы, очевидно, затмения пульсара. Однако ничего подобного не происходит.

Подробный анализ наблюдений показал, что невидимый компонент - это  не что иное, как нейтронная звезда.

Существование нейтронных звезд было предсказано теоретически еще в 30-е годы. Они образуются в результате бурного гравитационного сжатия массивных звезд, сопровождающегося  взрывом сверхновых.

Так вот, тщательные измерения импульсов  радиоизлучения от пульсара PSR 1913+16 показали, что расстояние между компонентами этой двойной звезды уменьшается  на несколько метров в год в  полном согласии с предсказанием  ОТО. Любопытно, что потеря энергии двойной звездой за счет гравитационного излучения была впервые рассчитана Ландау и Лифшицем, они поместили этот расчет в качестве учебной задачи в первое издание своей книги - Теория поля", которое вышло в 1941 году.

Заключение

Ряд выводов общей теории относительности  качественно отличаются от выводов  ньютоновской теории тяготения. Важнейшие среди них связаны с возникновением черных дыр, сингулярностей пространства-времени, существованием гравитационных волн (гравитационного излучения).

Представления о пространстве и  времени составляют основу физического  миропонимания, что уже само по себе определяет значение теории относительности. Особенно велика ее роль в физике ядра и элементарных частиц, в том числе  и для расчетов гигантских установок, которые предназначены для потоков  очень быстрых частиц, необходимых  для экспериментов, позволяющих  продвинуться в изучении строения материи.

ОТО - завершенная физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она дает однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, дает четкие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует.

ОТО - удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в ее основе лежит, по существу, всего один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком. Но прежде всего ОТО удивительна своей необычайной внутренней стройностью, красотой.

Не случайно Ландау говорил, что  истинного физика-теоретика можно  распознать по тому, испытал ли человек  восхищение при первом же знакомстве с ОТО.

Примерно до середины 60-х годов  ОТО находилась в значительной мере вне основной линии развития физики. Да и развитие самой ОТО отнюдь не было весьма активным, оно сводилось в большой степени к выяснению определенных тонких мест, деталей теории, к решению пусть важных, но достаточно частных задач. Вероятно, ОТО возникла в некотором смысле слишком рано, Эйнштейн обогнал время. С другой стороны, уже в его работе 1915 года теория была сформулирована в достаточно завершенном виде. Не менее важно и то обстоятельство, что наблюдательная база ОТО оставалась очень узкой.

Соответствующие эксперименты чрезвычайно  трудны. Достаточно напомнить, что красное  смещение удалось измерить лишь спустя почти 40 лет после того, как было обнаружено отклонение света в поле Солнца.

Однако в настоящее время  ОТО - бурно развивающаяся область современной физики. Это результат огромного прогресса наблюдательной астрономии, развития экспериментальной техники, впечатляющего продвижения в теории.