Читать книгу Космический эфир – это двумерный квантовый мир - Валерий Жиглов - Страница 8

Общая теория относительности (ОТО), разработанная Альбертом Эйнштейном в период с 1907 по 1915 годы, представляет собой наиболее полную физическую теорию гравитации, принципиально отличающуюся от предшествующей ей ньютоновской теории всемирного тяготения.

Основная идея общей теории заключается в том, что гравитация возникает вследствие искривления пространства-времени массивными телами. Массивные объекты деформируют геометрическую структуру пространства-времени вокруг себя, заставляя другие тела двигаться по кривым линиям – геодезическим траекториям. Таким образом, движение свободно падающих тел становится естественным следствием геометрии пространства-времени, а не действием какой-то отдельной силы.

Основными положениями общей теории относительности являются:

Геометрия пространства-времени

Обобщая специальную теорию относительности, Эйнштейн пришел к выводу, что пространство-время обладает сложной структурой, которую можно описать математическими методами дифференциальной геометрии. Гравитация перестала восприниматься как отдельное физическое взаимодействие, а предстала результатом деформации четырёхмерного пространства-времени под воздействием вещества и энергии.

Исходными предположениями общей теории относительности служат два главных принципа:

– Принцип эквивалентности: невозможно отличить воздействие гравитации от воздействия ускорения. Локально свободное падение неотличимо от состояния невесомости.

– Обобщённый принцип относительности: законы природы одинаковы во всех системах отсчета, даже если они находятся в неравномерном движении или испытывают ускорение.

Наиболее важные следствия из общей теории относительности включают:

– Искривление лучей света вблизи массивных тел, известное как гравитационное линзирование.

– Замедление хода часов вблизи сильных гравитационных полей, называемое эффектом красного смещения гравитации.

– Смещение перигелия Меркурия, которое нельзя было объяснить в рамках ньютоновской механики.

– Наличие волновых возмущений пространства-времени, известных как гравитационные волны.

Один из центральных элементов ОТО – уравнения поля Эйнштейна, связывающие метрику пространства-времени с распределением массы и энергии:

R_uv – 1/2 g_uv R = κ T_uv

где:

– R_uv – компонент тензора Риччи,

– g_uv – метрика пространства-времени,

– R – скалярная кривизна,

– κ – коэффициент, пропорциональный гравитационной постоянной,

– T_uv – тензор энергии-импульса.

Решения этих уравнений позволяют вычислять распределение и динамику гравитационного поля, предсказывая многие удивительные феномены Вселенной, такие как черные дыры и расширение космоса.

Черные дыры и космология

Одним из наиболее интересных и значимых следствий общей теории относительности является существование черных дыр – областей пространства-времени, откуда ничто, даже свет, не может вырваться наружу. Черные дыры возникают при коллапсе массивных звезд и обладают экстремальными свойствами: горизонтом событий, точкой невозврата, за пределами которого ничего не может вернуться назад.

Кроме того, общая теория относительности лежит в основе современных моделей расширения Вселенной. Модель Фридмана – Леметра – Робертсона – Уокера (FLRW) описывает эволюцию пространства-времени как расширяющегося, обусловленного плотностью и давлением материи и энергии.

Благодаря своему широкому эмпирическому подтверждению (наблюдения двойных пульсаров, детектирование гравитационных волн и исследование движения галактик), общая теория относительности заняла центральное место среди физических теорий современности.