"Величайшая ошибка" Альберта Эйнштейна: проблема, которую физики не могут решить уже 110 лет

Альберт Эйнштейн представил расширение своей специальной теории относительности, опубликованной в 1905 году, под названием общая теория относительности перед учеными Прусской академии наук в ноябре 1915 года. В мае 1916 года общая теория относительности была официально опубликована в научных журналах. За прошедшие 110 лет наша лучшая теория гравитации прошла неоднократные проверки, хотя не которые физики считают, что она сможет быть несовершенной. Но пока явных доказательств этому нет. Одной из главных проблем, над решением которой много десятилетий работают физики, является то, что общая теория относительности Эйнштейна не согласуется с квантовой механикой. Но физики не оставляют попытки создать теорию квантовой гравитации или теорию всего, которая смогла бы описать Вселенную как в макроскопических, так и в микроскопических масштабах одновременно, пишет Фокус.

Гравитация Ньютона и гравитация Эйнштейна — это разные вещи

Общая теория относительности является общепринятый описанием гравитации в современной физике. Когда Альберт Эйнштейн представил теорию относительности, понимание человеком пространства, времени и гравитации радикально изменилось.

Согласно классической механике Исаака Ньютона, гравитация является силой, но Эйнштейн доказал, что это не совсем так. Гравитация — это фундаментальное взаимодействие между всеми телами, обладающими массой. Она заставляет объекты притягиваться друг к другу.

Эйнштейн доказал, что гравитация является не просто силой, хотя и считается одной из четырех главных сил природы, называемых взаимодействиями. Согласно теории относительности Эйнштейна, гравитация – это проявление искривления пространства-времени. Физик показал, что объекты с массой искривляют ткань пространства-времени и гравитация, является результатом этих искривлений, создаваемых массой и энергией.

Хотя гравитация считается самым слабым из фундаментальных взаимодействий, среди которых сильное, слабое и электромагнитное, она доминирует в масштабах всей Вселенной.

Общая теория относительности обобщает специальную теорию относительности Эйнштейна и уточняет закон всемирного тяготения Ньютона, предоставляя единое описание гравитации как геометрического свойства пространства и времени, или четырехмерного пространства-времени.

Первое подтверждение общей теории относительности Эйнштейна

Хотя статья с описанием общей теории относительности появилась в 1916 году, только в 1919 году было сделано одно из главных подтверждений того, что Эйнштейн прав. Ученые смогли во время солнечного затмения увидеть, что Солнце, как массивный объект, искривляет свет далеких звезд

Но до этого, с помощью теории относительности ученые смогли решить 200-летнюю загадку аномального смещения орбиты Меркурия во время его максимального сближения с Солнцем. При приближении к Солнцу Меркурий вел себя не так, как предсказывала ньютоновская физика. Поведение гравитации, описанное в общей теории относительности, объяснило эту аномалию. Из-за близости к Солнцу искривление пространства-времени вызывает дополнительное смещение орбиты Меркурия что подтвердило теорию Эйнштейна.

"Величайшая ошибка" Эйнштейна

Эйнштейн на момент создания общей теории относительности считал, что Вселенная является стационарным и неизменным объектом. Для того, чтобы Вселенная не сжалась в свое изначальное состояние под действием доминирующей в пространстве гравитации, Эйнштейн ввел в свои уравнения космологическую постоянную. Когда в конце 20-х годов XX века было доказано, что Вселенная на самом деле постоянно расширяется, физик убрал космологическую постоянную и назвал ее введение своей "величайшей ошибкой". Но в конце 90-х годов прошлого века ученые вернули космологическую постоянную, чтобы объяснить темную энергию, которая была обнаружена и ускоряет расширение космоса. Хотя с 2025 года некоторые физики считают, что темная энергия не является постоянной, а меняется со временем.

Что предсказал Эйнштейн?

Эти предсказания касаются течения времени, геометрии пространства, движения тел в свободном падении и распространения света, и включают гравитационное замедление времени, гравитационное линзирование, гравитационное красное смещение света, а также существование сингулярности, черных дыр и гравитационных волн. Именно предсказания теории относительности помогли выяснить, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва и до сих пор в космосе можно обнаружить послесвечение этого события, известное как реликтовое излучение.

Теория Эйнштейна предсказала, что черные дыры, области пространства, в которых пространство и время искажаются таким образом, что ничто, даже свет, не может из них вырваться, существуют. Это ученые смогли подтвердить в 70-х годах прошлого века.

Также теория относительности предсказала существование гравитационных волн, еле ощутимых колебаний в ткани пространства-времени, вызванных столкновениями черных дыр. Их удалось обнаружить в 2015 году.

Она также предсказывает гравитационное линзирование, при котором искривление света приводит к искаженным и множественным изображениям одного и того же далекого объекта. Сейчас астрономы используют этот эффект для наблюдения за самыми далекими астрономическими объектами, используя для этого массивные галактики, расположенные ближе к нам.

Согласно теории Эйнштейна, в пространстве существуют бесконечно плотные области, известные как сингулярность. Предполагается, что они существует внутри черных дыр, но напрямую их никто еще не видел и ученые спорят, удивительно ли сингулярности являются реальными. Хотя, с другой стороны, Большой взрыв, возник как считается, из точки бесконечной плотности, то есть сингулярности. Но и этот момент вызывает споры среди физиков.

Квантовая гравитация

Уже несколько десятилетий согласование общей теории относительности с законами квантовой физики остается проблемой. Дело в том, что квантовая физика описывает Вселенную в микроскопических масштабах, на уровне субатомных частиц. В то время как теория Эйнштейна – это крупномасштабное описание поведения Вселенной. Физики пока не знают, как гравитация может быть объединена с тремя другими взаимодействиями: сильным, слабым и электромагнитным. Пока что теория гравитации и квантовая физика не работают вместе. Но ученые пытаются создать теорию квантовой гравитации.

Общая теория относительности и путешествие во времени

Существуют решения уравнений Эйнштейна, которые показывают, что во Вселенной могут существовать замкнутые времениподобные кривые, которые допускают петли времени. То есть, эти решения предполагают, что путешествие в прошлое теоретически возможно, но для этого требуются экстремальные физические условия и неизвестно, можно ли их достичь.

Также решения уравнений Эйнштейна допускают существование червоточин или кротовых нор. Это своеобразные туннели в пространстве-времени, которые теоретические позволяют быстро перемещаться не только из одной точки пространства в другую, но и перемещаться во времени.

Но все решения уравнений общей теории относительности, связанные с путешествиями во времени, вызывают парадоксы, которые, кажется невозможно решить.

Например, человек перемещается в прошлое и убивает своего дедушку до того, как он познакомился с его бабушкой. Из-за этого этот человек не сможет появиться на свет и, следовательно, не сможет убить своего дедушку.

Еще один пример: человек попадает в прошлое, имеет любовную связь со своей прабабушкой и зачинает своего дедушку. В результате рождаются потомки, включая родителя этого человека и его самого. Следовательно, если бы он не путешествовал в прошлое, его бы вообще не существовало.

Стоит отметить, что существует несколько альтернативных теорий гравитации, которые указывают на неполному теории Эйнштейна или же на ее ошибочность. Но все эти теории пока не нашли подтверждения в отличие от общей теории относительности.