Особливість гравітації: чому Ейнштейн одночасно мав рацію та помилявся

Зараз астрофізики вважають, що гравітаційні хвилі заповнюють увесь Всесвіт. Уперше цю пульсацію в просторі-часі виявив детектор гравітаційних хвиль LIGO 9 років тому. Ці хвилі були побічним продуктом злиття двох чорних дір, маса яких у 30 разів більша, ніж у Сонця. Саме злиття відбулося на відстані 1,3 млрд світлових років від Землі. Відтоді було виявлено вже майже 100 подібних явищ, пов'язаних із зіткненнями двох чорних дір, двох нейтронних зірок і навіть чорної діри та нейтронної зірки. Хоча тепер у вчених є багато даних про гравітаційні хвилі, так було не завжди. Минуло майже 100 відтоді, як Альберт Ейнштейн передбачив їхню наявність, але потім він змінив свою думку, пише New Scientist.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

У 1916 році Ейнштейн припустив, що прискорення матерії в тканині простору-часу може спричинити пульсації в ній, схожі на хвилі, що виникають на поверхні спокійного озера, коли по ньому пливе човен. Але гравітаційні хвилі будуть розходитися в усіх напрямках від точки виникнення.

Ейнштейн описав ці хвилі та властивості, якими вони повинні володіти за допомогою математики. Проте, у нього були глибокі сумніви щодо того, чи наявні гравітаційні хвилі насправді. І якщо вони є, фізик не був упевнений, що їх коли-небудь можна буде виявити.

У 1936 році Ейнштейн визначив, що будь-яке розв'язання рівнянь його загальної теорії відносності, яке призведе до виникнення гравітаційних хвиль, також міститиме сингулярність. Це розрив у просторі-часі, присутність якого може призвести до безладу в його теорії.

Тому Ейнштейн дійшов висновку, що гравітаційних хвиль немає. Але інші науковці вказали Ейнштейну на помилку в його міркуваннях. Після цього знаменитий фізик заявив, що достеменно не знає, чи існують гравітаційні хвилі, і що це дуже цікава проблема.

Ейнштейн мав рацію, коли залишив це питання відкритим. Він також мав рацію, припускаючи, що гравітаційні хвилі буде важко виявити. Якщо для створення цих хвиль потрібна дійсно катастрофічна подія, це становило б проблему. Фізики та математики намагалися знайти правильні рішення рівнянь теорії Ейнштейна, які могли б розв'язати цю проблему, зокрема стосовно масивних об'єктів, які готові зіткнутися один із одним.

У 1952 році математик і фізик Івонна Шоке-Брюа довела, що рівняння Ейнштейна мають стійкий розв'язок, який допускає наявність гравітаційних хвиль.

Це означало, що можна було покластися на загальну теорію відносності, щоб передбачити тип гравітаційних хвиль, які виникнуть, якщо дві чорні діри зіткнуться одна з одною. І навпаки, можна було, покладаючись на ті самі рівняння, з'ясувати масу та швидкість обертання чорних дір, що створюють гравітаційні хвилі.

У 2005 році фізик Франс Преторіус з'ясував, що розрахунки, які зробила Шоке-Брюа, можна використовувати в комп'ютерному моделюванні злиттів чорних дір. Це був один із багатьох ключових кроків, які допомогли у 2015 році вперше виявити гравітаційні хвилі.

Можна сказати, що в цьому випадку фізики довели, що Ейнштейн одночасно був і правий, і неправий. Науковці вказали на те, що Ейнштейн був обережний у своїх припущеннях, а тому був неправий у деяких міркуваннях про гравітаційні хвилі, але все-таки мав рацію, коли говорив, що гравітаційні хвилі можуть існувати.

Як уже писав Фокус, вчені знайшли спосіб знайти невловимі подвійні гігантські чорні діри за допомогою гравітаційних хвиль, які створюють чорні діри меншого розміру.

Також Фокус писав про одні з найдивовижніших місць на Марсі, серед яких найвищий вулкан і найбільші каньйон у Сонячній системі.