Вечная борьба между Ньютоном и Эйнштейном: является ли гравитация силой природы

Гравитацию, которую традиционно понимают, как силу природы, и которая заставляет объекты падать или двигаться навстречу друг другу, впервые описал Исаак Ньютон в середине 17 века. Но теория относительности Альберта Эйнштейна, появившаяся в начале 20 века, предполагает, что гравитация не является силой. Это искривление пространства-времени, которое вызвано массивными объектами. Но какая из этих теорий более точно описывает природу гравитации? Об этом своей статье для издания Big Think рассказывает физик Дон Линкольн из Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми, США.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Что такое сила?

На первый взгляд вопрос о том, является ли гравитация силой, кажется довольно глупым. Все люди могут ощутить на себе, как работает гравитация. Но с другой стороны это очень сложный вопрос. Чтобы получить на него ответ, для начала нужно дать определение самому термину сила.

Силой является нечто, что при влиянии на объект может заставить его двигаться или деформироваться, или и то, и другое. Учитывая то, что все объекты падают, когда их роняют, то кажется, нет никаких сомнений в том, что гравитация действительно является силой.

Теории Ньютона и Эйнштейна

Еще в середине 17 века Исаак Ньютон количественно описал гравитацию. Он создал математические законы, которые управляют гравитационным притяжением между двумя объектами. Сила гравитации, согласно его теории, зависит от массы каждого объекта и расстояния, которое их разделяет. Астрономы использовали уравнения Ньютона для предсказания движения планет и других космических объектов. В этом случае кажется, что гравитация является своего рода силой.

Но все изменилось в 1915 году, когда Альберт Эйнштейн разработал собственную теорию гравитации, описанную в общей теории относительности. Его идеи отличались от идей Ньютона. Эйнштейн считал, что пространство и время эквивалентны и одно может трансформироваться в другое. Поскольку они были одинаковыми, он объединил их в единую концепцию: пространство-время.

Когда Эйнштейн объединил свою концепцию пространства-времени с гравитацией, он обнаружил, что гравитация на самом деле является искривлением пространства-времени. Массивные объекты, такие как звезды и планеты, искривляют пространство-время, и заставляют объекты двигаться к ним, поэтому гравитация в данному случае является результатом геометрии пространства-времени. Как бы странно это ни звучало, но это утверждение нашло свое подтверждение.

Проблемы с теорией Эйнштейна

Сейчас ученые считают, что общая теория относительности является не полной. То есть она не работает на субатомном уровне. Когда ученые пытаются использовать уравнения Эйнштейна для описания природы гравитации в масштабах атома или даже меньших, то они терпят неудачу. Считается, что для этого нужна теория квантовой гравитации.

Хотя такой теории еще нет, ученые используют другие теории, которые помогают понять, что может предсказывать квантовая теория гравитации. В электромагнетизме сила передается частицами, которые называются фотонами. Поскольку частицы меняют свое движение, то электромагнетизм, безусловно, является силой.

Что касается гравитации, то считается, что частицы-переносчики силы, которые называют гравитонами, перемещаются между массивными субатомными частицами, что заставляет последние двигаться. Таким образом, в квантовом масштабе гравитация является силой, похожей на электромагнетизм. Только когда эффекты многих гравитонов работают вместе, в более крупных масштабах гравитация оказывается искривлением пространства-времени.

Гравитация — это сила или нет?

Но все это возвращает нас к исходному вопросу: является ли гравитация силой? Ответ на этот вопрос неясен. Это явно сила в самом простом определении этого слова. Но теория Эйнштейна, согласно которой гравитация возникает в результате искривления пространства-времени, также успешно работает. Поэтому, скорее всего, ответом на этот сложный вопрос будет следующее утверждение: гравитация просто существует и все.

Как уже писал Фокус, симуляция путешествий во времени решит проблемы, не решаемые с помощью обычной физики, считают авторы нового исследования. Ученые не предлагают создать машину времени, но считают, что их теория может быть очень полезной для решения разных физических проблем.