Эйнштейн. Теория относительности. Пространство - это вопрос времени.
Шрифт:
Для человека, побежденного возрастом, смерть является избавлением. Именно это я ощущаю со всей ясностью – теперь, когда сам я состарился и перестал считать смерть старым долгом, который в конце концов придется заплатить.
Из письма Эйнштейна к Герхарду Фанкхаузеру, профессору биологии принстонского университета
У Эйнштейна была «аллергия» на торжественность и пышность, и он не захотел стать главным героем похоронной церемонии. По его воле тело было кремировано, а пепел развеян по ветру. Перед смертью он в последний раз невольно посмеялся над всеми: свои последние слова он прошептал ночной медсестре по-немецки, и та не поняла ни единого слова и не сохранила их для истории.
Альберт Эйнштейн умер на рассвете 18
Рядом с ним нашли листки с обрывками уравнений, которые он успел нацарапать карандашом.
Постулаты теории относительности стали неотъемлемой частью всех отраслей физики. Она смогла примириться даже с квантовой механикой. Более того, в союзе с ней было предсказано существование таких явлений, как позитроны (братья- близнецы нейтронов с положительным зарядом), вскоре обнаруженные в космическом излучении. Как мы видели, после открытия формулы Е = mc² ядерная физика испытала резкий подъем. Ранее косвенное подтверждение эквивалентности массы и энергии было получено в 1932 году при изучении распада ядра лития при бомбардировке протонами. В 2005 году уравнение Эйнштейна было подвергнуто строгой проверке. В ходе одного из опытов один из самых обыкновенных изотопов серы ( 32S) подвергся нейтронной бомбардировке. В результате образовался другой устойчивый изотоп ( 33S) в возбужденном состоянии, который при переходе обратно в состояние равновесия испустил фотон высоких энергий (γ). Уравнение этой реакции выглядит как: n + 32S -» 33S + γ. Рассчитав соотношение масс до и после реакции с учетом энергии фотона, исследователи подтвердили формулу Е = mc² с точностью до 0,00004 %.
Замедление времени, увеличение массы и пространственное сжатие сегодня являются обычными явлениями в работе ускорителя заряженных частиц. Этот аппарат поглощает такое количество электричества, что его хватило бы на целый город. При этом высвобождаются огромные объемы энергии, которая превращается в тяжелые частицы – такие нестабильные, что они едва проживают одну миллионную долю секунды.
По сей день общая теория относительности остается самой успешной теорией гравитации, однако это взаимодействие невозможно долго держать в стороне от родственных ей теорий электромагнитного взаимодействия, сильного и слабого ядерных взаимодействий, которые уживаются под крылом квантовой теории поля – счастливого союза специальной теории относительности и квантовой механики. Объединение всех четырех сил в рамках одной концепции – «теории всего», или «окончательной теории» – стало навязчивой идей современных физиков. И самыми перспективными исследованиями в свете этого желания кажутся различные теории струн, рисующие картину мира с дополнительными измерениями. Если эти исследования в конце концов себя оправдают, наше представление о принципе относительности значительно изменится.
Принцип относительности управляет звездами и галактиками, квантовой механикой, атомами и кварками. Предполагается, что точка, в которой совпадают эти области, порождая весь спектр разнообразных необычных явлений, соответствует так называемой планковской длине – около 10-35 м. Речь идет о расстоянии столь малом, что его невозможно себе представить, оно примерно равно диаметру спирали ДНК. Для того чтобы узнать, что происходит в этом масштабе, необходима энергия порядка 1016 ТэВ (около 500 кВт ч).
Эйнштейн в свой 70-й день рождения в окружении детей- беженцев.
Обложка журнала Time за декабрь 1999 года. В этом выпуске Эйнштейн был назван величайшим мыслителем XX века.
В газете объявляется о смерти Эйнштейна.
Большой адронный коллайдер в Женеве (ЦЕРН),
Возможно, что в планковской шкале пространство-время перестанет быть непрерывным и раздробится, а его квантовая природа вызовет нарушение релятивистских законов. Вероятно, что в столь малых масштабах частицы смогли бы проявить свою струнную структуру, а гравитация отразилась бы в других взаимодействиях. Однако сегодня эта область недоступна нашим возможностям, и это положение сохранится еще не один год. Впрочем, физики не сдаются на милость будущего и продолжают вглядываться в окружающее нас пространство в поисках малейшего знака, способного выдать секреты архитектуры глубинных уровней бытия.
В 1918 году Эйнштейн, чтобы отвлечься от желудочного недомогания, задумался о вопросе, к которому уже подходили в свое время Лоренц и Пуанкаре, – существовании гравитационных волн. Отклонение в одной точке электромагнитного поля сообщается остальным точкам с помощью электромагнитных волн. Произойдет ли то же самое с геометрической деформацией зоны пространства-времени (изменение в распределении масс)? Гравитационные волны, если они существуют, практически не взаимодействуют с материей. В отличие от света, который воздействует на электрические заряды, эти волны задействовали бы массы. По словам швейцарского физика Даниеля Сигга, поддающиеся наблюдению эффекты малы «не потому, что испускаемая энергия невелика, – наоборот, она огромна, – а потому, что пространство-время является жесткой средой». Электромагнитное излучение разлетается в пространстве, но в случае гравитационных волн вибрацию испытала бы сама пространственно-временная ткань. Считается, что постепенное уменьшение периода вращения двух нейтронных звезд, движущихся одна вокруг другой в созвездии Орла, может быть косвенным доказательством существования волн. Если искажение пространственно-временной ткани и передается в форме гравитационных волн, мы пока не в состоянии их измерить. Однако этот факт привел бы к таким потерям энергии, которые заставили бы звезды сблизиться, – что и наблюдается. Прогнозируемая с помощью волновой теории эволюция системы совпадаете наблюдениями астрономов.
В доступном нам спектре энергий теория относительности выдержала все испытания, которым ее подвергли. Сложно оспаривать гипотезу Эйнштейна, учитывая, насколько тонко она корректирует теорию Ньютона. В свою очередь, улучшение теории относительности – настоящий вызов для экспериментаторов и исследователей. В течение долгого времени общая теория относительности считалась раем для физиков-теоретиков и чистилищем для физиков-экспериментаторов. Однако в последние десятилетия ситуация изменилась.
В 1962 году Ирвин Шапиро предложил «четвертое доказательство общей теории относительности», объединившее три классические теории Эйнштейна. Оно состоит в том, что электромагнитная волна не только испытывает отклонение вблизи тела с очень большой массой, например звезды, но и сама ее траектория в четырехмерном (включая временное измерение) пространстве нарушается, и при движении она начинает опаздывать. Это происходит не потому, что искривленная траектория длиннее, чем прямая, а по вине чисто релятивистского эффекта. Чтобы его зафиксировать, Шапиро разработал эксперимент, для которого требовалось дождаться парада планет, Венеры или Марса: с точки зрения наблюдателя на Земле одна из планет должна была находиться на одной линии с Солнцем, располагаясь позади него. Перед самым выходом из этой позиции с Земли посылался радиосигнал, отражающийся от планеты. Путь сигнала от Земли и обратно занял бы больше времени, чем когда между планетами нет Солнца. Несмотря на амбиции Шапиро («Было бы неплохо доказать, что Эйнштейн ошибался»), результат опыта подтвердил теорию относительности.
20 апреля 2004 года НАСА запустило на орбиту спутник Gravity Probe В, чтобы измерить искажение пространства-времени вблизи массы Земли и эффект увлечения инерциальных систем отсчета. В ньютоновском пространстве сфера, вращающаяся в 600 км от земной поверхности, сохранила бы ориентацию своей оси в одном направлении. Однако эйнштейнова четырехмерная пространственная ткань сообщила бы сфере искривления Земли, и ось потихоньку начала бы смещаться. Датчик Gravity Probe В в течение года фиксировал изменение осей вращения четырех практически идеальных кварцевых сфер, сориентированных в начале опыта на звезду в созвездии Пегаса.