Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Такова же причина свечения всех звезд. Каждую секунду примерно 4 миллиона тонн водорода в недрах Солнца превращаются в излучение как побочный продукт реакции превращения водо­рода в гелий.

Эйнштейн продолжал работать. В 1917 году он создал общую теорию относительности — еще более удивительную концепцию, которая тоже (как и его специальная теория относительности) оказалась верной.

Ключевая идея общей теории относительности — влияние массы на пространство и время, и наоборот. До Эйнштейна пространство Вселенной рассматривалось как пассивное вместилище, некий пустой ­объем, который наполнен (частично) веществом, ­излучением и физическими полями. В этом объеме, как на сцене, разыгрывается грандиозный спектакль — светят и движутся звезды, объединенные в галак­тики, распространяется свет. Но считалось, что сцена не влияет на спектакль, а актеры не влияют на сцену.

Эйнштейн предположил, что это не так. Любая масса искривляет пространство и изменяет ход времени. Крошечные массы элементарных частиц (протонов, электронов и других) не в состоянии заметно изменить ткань пространства-времени. Но огромные массы крупных звезд, не говоря уже о массах сверхмассивных черных дыр (впрочем, о них Эйнштейн ничего не знал), заметно искривляют пространство-время!

Представим себе пространство Вселенной, лишенной каких-либо массивных объектов, как ровную, хорошо натянутую эластичную пленку. Поместим в такую Вселенную Солнце — положим на пленку тяжелый шар. Шар продавит пленку. Она прогнется, образуется впадина, и прямые линии, нарисованные на пленке, изогнутся вместе с ней. Чем тяжелее шар (чем больше его масса), тем сильнее окажется прогиб и тем сильнее искривится пленка (пространство).

Масса Солнца искривляет геометрию пространства-времени. Аналогия пространства с натянутой пленкой.

Искривление пространства действует на шарик, как гравитация.

Оказывается, эффект гравитации при таком рассмотрении легко объяснить. Поместим на пленку маленький шарик (планету). Он скатится в воронку к Солнцу. Для нас это будет выглядеть, как будто Солнце притянуло планету! А все дело в том, что под действием массы Солнца искривилось пространство вокруг него, и траектория шарика перестала быть прямой.

Чтобы шарик не скатился в воронку, нужно придать ему значительную скорость. Тогда он будет кататься вокруг большого шара, не скатываясь вниз. Так воспроизводится эффект кругового вращения планеты вокруг Солнца: если ее скорость больше некой критической скорости (мы называем ее первой космической), падения (скатывания в воронку) не будет.

Гравитация, согласно Эйнштейну, объясняется геометрией пространства-времени. Оказалось, что пространство может искривляться под влиянием массы. А искривленное пространство изменяет траектории движения небесных тел. И не только тел! Свет все­гда распространяется по прямой линии. Но если искривляется пространство, вместе с ним искривляется и проведенная в нем прямая линия. Значит, должна искривляться и траектория движения света. При прохождении вблизи огромных масс — массивных галактик или даже массивных звезд, путь света оказывается изогнутым. В плоском пространстве кратчайшая линия, соединяющая две точки, — это прямая. В искрив­ленном пространстве такая кратчайшая линия называется геодезической, и это уже не прямая линия, она изогнута вместе с пространством.

Пространство-время оказалось не просто холодным и пассивным объемом. Оно оказалось активным, реагирующим на концентрации масс и даже влияющим на события во Вселенной. Пространство-время в новой картине мира стало гибким, искривляемым, динамичным, колеблющимся, с изгибами, складками, бегущими волнами и даже проколами.

Но откуда нам известно, что Эйнштейн был прав? Что позволяет нам считать, что это не бессмысленные и беспочвенные фантазии чудаковатого профессора, не очередная умозрительная концепция, подобная пирамиде из слонов и китов, поддерживающих плоскую Землю? Почему мы решили, что специальная и общая теории относительности верны, несмотря на их утверждения, противоречащие обыденному опыту и здравому смыслу?

Специальная теория относительности — замечательный пример настоящей научной теории. Она логична и не имеет внутренних противоречий: если мы согласились с двумя исходными постулатами, все остальное неизбежно получается в качестве естественных следствий. Но самое главное, что теория относительности дает проверяемые предсказания. Она говорит, что при определенных измерениях должна получаться такая-то величина, а, например, при теории Ньютона должно получаться иное. Об обнаруженном замедлении часов на борту спутника выше уже говорилось. Было подтверждено и искривление луча света вблизи большой массы, которое предсказано общей теорией относительности.