Дмитрий Побединский - Чердак. Только физика, только хардкор!

Примечательно, что теория относительности не утверждает, будто объекты меняются при движении. Заметьте, размеры теней/проекций не должны совпадать с размерами объекта. Четырехмерные объекты остаются неизменными, но при относительном движении их проекции меняются, и мы воспринимаем это как замедление времени, сокращение размеров и так далее.

И второй факт: все тела падают с постоянной скоростью, а не разгоняются. Как это так?

Давайте проведем мысленный страшный эксперимент. Представьте, что вы теряете сознание, потом приходите в себя и оказываетесь в непрозрачной кабине лифта. На вас наручники, рядом пила, в общем, ужас. Необычности добавляет то, что вы находитесь в невесомости. На экране телевизора появляется кукла и говорит: «Сейчас ты находишься в невесомости, и это могло произойти по двум причинам. Либо ты находишься в далеком-далеком космосе и просто летишь по инерции равномерно. Либо ты свободно падаешь на землю под действием гравитации (действительно, и вы, и лифт будете падать синхронно, поэтому относительно стенок лифта вы будете висеть в невесомости). Угадай, в какой ситуации ты находишься, иначе…»

Проблема в том, что, не выглядывая из лифта, вы никак не сможете отличить эти два случая. Так что вы обречены.

Ну да ладно! Это мысленный эксперимент, все остались живы. Интересно то, что отличить эти два случая друг от друга невозможно. Хотя в первом случае скорость постоянна, а во втором – увеличивается. Падение-то происходит в четырехмерном пространстве.

Эйнштейн выдвинул дерзкую мысль: а что, если движение под действием гравитации – это и есть равномерное движение по инерции? Все удивились: как это может быть? Ведь по инерции движутся равномерно, с постоянной скоростью. Но равномерным это движение является в четырехмерном пространстве-времени. Массивные тела искривляют четырехмерное пространство, и равномерное движение объектов в нем проецируется в трехмерное в виде ускоренного под действием гравитации. Ну или вообще по окружности, параболе и т. д.

Невероятно трудно представить, как искривляется четырехмерное пространство. Чтобы это воочию увидеть, нужно быть пятимерным существом. Давайте рассмотрим более простой, хоть и не очень корректный пример.

Каждое массивное тело искривляет под собой пространство, создавая тем самым некую образную воронку. Другие тела, пролетающие мимо, не могут продолжить движение по прямой и изменяют свою траекторию согласно изгибам. Ну а если энергии у тела не очень много, его движение может стать даже замкнутым. Стоит отметить, что с точки зрения движущихся тел они перемещаются по прямой, по инерции, и не чувствуют ничего такого, что заставляет их повернуть. Просто они попали в плохую компанию, то есть в искривленное пространство, в котором, сами того не осознавая, скатываются по наклонной, то есть имеют непрямолинейную траекторию. Для них это равномерное движение. Конечно, не стоит забывать, что искривляется на самом деле четырехмерное пространство, в том числе и время, так что к этой аналогии нужно относиться очень осторожно.

Таким образом, в ОТО гравитация – это вообще не сила. Это не сила действует на падающее яблоко. Это пространство кривое, и нам кажется, что тела в нем притягиваются. Хотя это просто проявление искривления. Общая теория относительности на данный момент является самой рабочей теорией возникновения гравитации и хорошо согласуется с экспериментом.

Общая теория относительности порождает удивительные следствия. Например, искривление световых лучей около массивных объектов. Сейчас это называют гравитационным линзированием. Обнаружено очень много далеких космических объектов, которые прячутся от нас за другими. Но мы их все равно увидели. Ведь лучи света, пройдя мимо массивного объекта, искривляются и попадают к нам. В итоге мы даже видим несколько искаженных изображений объекта, а не одно.

Время замедляется при наличии гравитации. Действительно, чем сильнее гравитация, тем медленней течет время. Поэтому у тех, кто работает на первом этаже, рабочий день длится чуть дольше, чем у тех, кто на последнем.

Этот факт, кстати, учитывается при работе GPS и ГЛОНАСС. На спутниках установлены точнейшие атомные часы, и необходимо точно отслеживать, как будет искажаться время на большом расстоянии от Земли. Если этого не делать, уже через сутки погрешность координаты будет составлять километра два! Так что, когда вы пользуетесь навигатором, помните: именно благодаря Эйнштейну вы можете найти, где этот клуб или где поблизости купить пончики.

Возможно существование черных дыр, в которых гравитация настолько сильна, что на каком-то расстоянии время просто-напросто останавливается и свет оттуда не может вылететь. Однако в центре черной дыры из-за неконтролируемого гравитационного сжатия образуется объект с бесконечной плотностью, который называют сингулярностью. Теория относительности не дает ответа на вопрос, что происходит именно в сингулярности, этот вопрос пока остается открытым.

Самым известным парадоксом теории относительности является парадокс близнецов. Представьте, что один из двух близнецов отправляется в космическое путешествие на супермегакосмическом корабле. Он разгоняется до околосветовой скорости и так летит 20 лет. Потом разворачивается и летит обратно на Землю. Для его земного близнеца пройдет 40 лет. Однако для космонавта пройдет всего 5 лет, ведь он двигался с большой скоростью, и время у него замедлилось. Это удивительно, но парадокс не в этом.

Парадокс вот в чем. А что, если считать, что космонавт был неподвижен, а это Земля удалялась от него и это у земного близнеца замедлилось время и он должен быть моложе? Как же на самом деле будет?

А будет так: моложе все-таки останется космонавт. И правда, все выводы специальной теории относительности подходят только для равномерно движущихся объектов, ведь всякое равномерное движение равнозначно другому. Однако здесь космонавт ускоряется, тормозит и чувствует это ускорение. Представьте даже: построили две ракеты без окон и дверей, только одна фальшивая, а другая настоящая. Посадили в каждую из них близнецов, и одна из ракет улетела. Когда один из близнецов поймет подвох? Да сразу же, ведь он не почувствует ускорения! Значит, ракеты не равнозначны, значит, нельзя их просто менять местами без дополнительных оговорок. Более детальный подсчет показывает, что именно космонавт будет моложе.