Что такое общая теория относительности?

Общая теория относительности - это научная теория, описывающая взаимодействие материи, энергии, времени и пространства. Впервые он был опубликован Альбертом Эйнштейном в 1917 году как расширение его теории специальной теории относительности. Общая теория относительности рассматривает пространство и время как единое четырехмерное «пространство-время»; в общей теории относительности материя деформирует геометрию пространства-времени, а деформации пространства-времени заставляют материю двигаться, что мы видим как гравитацию.

Основное предположение об общей теории относительности состоит в том, что силы, вызванные гравитацией, и силы, вызванные ускорением, эквивалентны. Если в закрытом ящике происходит ускорение, ни один эксперимент, выполненный внутри ящика, не может определить, находится ли он в покое в пределах гравитационного поля или ускоряется в пространстве. Этот принцип, согласно которому все физические законы одинаковы для ускоренных наблюдателей и наблюдателей в гравитационном поле, известен как принцип эквивалентности; он был экспериментально проверен с точностью более двенадцати десятичных знаков.

Наиболее важным следствием принципа эквивалентности является то, что пространство не может быть евклидовым для всех наблюдателей. В искривленном пространстве, таком как искривленный лист, нормальные законы геометрии не всегда соблюдаются. В изогнутом пространстве можно построить треугольник, углы которого составляют более или менее 180 градусов, или провести две параллельные линии, которые пересекаются. Специальная теория относительности становится все более и более точной, поскольку кривизна пространства-времени стремится к нулю; если пространство-время плоское, две теории становятся идентичными. Как пространство кривых материи вычисляется с использованием уравнений поля Эйнштейна, которые принимают форму G = T; G описывает кривизну пространства, а T описывает распределение материи.

Поскольку пространство искривлено, объекты в общей теории относительности не всегда движутся по прямым линиям, так же как шар не будет двигаться по прямой линии, если вы катите его в воронку. Свободно падающий объект всегда будет идти по кратчайшему пути из точки A в точку B, которая не обязательно является прямой линией; линия, по которой он проходит, называется геодезической. Мы рассматриваем отклонения от прямых линий как влияние «гравитации» - Земля не движется по прямой линии, потому что Солнце деформирует пространство-время в окрестности Земли, заставляя его двигаться по эллиптической орбите.

Поскольку гравитационные силы и ускоряющие силы полностью эквивалентны, все воздействия на быстро движущийся объект в специальной теории относительности также применимы к объектам, находящимся глубоко в гравитационных полях. Объект, близкий к источнику гравитации, будет излучать свет, смещенный по Допплеру, так же, как если бы он улетал. Объекты, близкие к гравитационным источникам, также будут замедляться, и любой поступающий свет будет сгибаться полем. Это может привести к тому, что сильный гравитационный источник изгибает свет, как линза, фокусируя отдаленные объекты; это явление часто встречается в астрономии глубокого неба, где одна галактика будет излучать свет другой, чтобы появилось несколько изображений.