ВОРОБЬЕВ ЛЕКЦИИ. Лекции 1 Первые космологические модели

• Название: Лекции 1 Первые космологические модели
• Дата: 06.11.2018
• Размер: 128.43 Kb.
• Имя файла: ВОРОБЬЕВ ЛЕКЦИИ.docx
• Тип: Лекции; #55601
• страница: 5 из 8

Специальная теория относительности.

То, что свет распространяется с конечной, хотя и очень большой скоростью, установил в 1676 году датский астроном Оле Христенсен Рёмер,наблюдая за движениями спутников Юпитера.

 При вращении Земли и Юпитера вокруг Солнца расстояние между этими двумя планетами изменяется. Рёмер заметил, что затмения спутников Юпитера тем больше запаздывают, чем дальше мы находимся от Юпитера. Он объяснил это тем, что свет от спутников идет до нас дольше, когда мы находимся дальше. Расстояние от Земли до Юпитера на тот момент времени было определено не точно, и поэтому полученная им величина скорости света оказалось тоже неточным. Равным 140 тыс. миль/с. Тогда как величина скорости света, определенная современными средствами, составляет 186 тыс. миль/с(1 миля = 1,609 км). Современное значение скорости света равно 299.792.458 м/с.

Открытие Рёмера(сделанное им за одиннадцать лет до выхода в свет книги Ньютона «Математические начала»), тем не менее, было выдающимся, поскольку он не только доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, но и измерил ее.

Как таковой, теории распространения света не существовало до 1865года. То тех самых пор, пока английский физик Джеймс Кларк Максвеллне сумел объединить две частные теории, с помощью которых тогда описывали электрическое и магнитное взаимодействия. И, таким образом, доказал, что оба типа взаимодействия сводятся к одному – электромагнитному взаимодействию. Представляет собою один тип взаимодействия.

Кроме этого он предположил, что в электромагнитном поле, составленном из двух полей, могут возникать волнообразные возмущения, которые распространяются с постоянной скоростью, подобно тому,как волны распространяются на поверхности пруда. По аналогии с волнами на поверхности пруда, такие возмущения были названы электромагнитными волнами.

Если длина волны (расстояние между двумя соседними гребнями волны) составляет метр или больше – это радиоволны. Если длинна волны составляет от 30 до 0,1 сантиметра – это волны сверхвысокочастотного диапазона (к ним относятся волны реликтового излучения). Волны инфракрасного диапазона – от 0,1 до 0,0001 сантиметра (ноль целых одна десятитысячных сантиметра). Длина волны видимого света составляет всего лишь сороквосемьдесят миллионных долей сантиметра. Еще короче волны ультрафиолетового, рентгеновского и гаммаизлучений.

Помимо объединения электрических и магнитных взаимодействий(в одно электромагнитное взаимодействие) в рамках единого математического описания, теория Максвелла довольно неожиданно привела к выводу, что световые электромагнитные волны должны распространяться с одной и той же постоянной (фиксированной)скоростью. Со скоростью света. То есть, следовало, что скорость света – она постоянна. Имеет постоянную величину. 

Но тогда возникал вопрос. Если скорость света постоянна (имеет постоянную величину, равную 300 тыс.км/с), то она постоянна относительно чего? Если свет движется с постоянной скоростью в 300 тысяч км/с, то относительно чего он движется с этой скоростью?

Иными словами, поскольку из первого закона Ньютонаследует, что состояние покоя относительно, абсолютного покоя не существует, а, следовательно, не существует абсолютного положения (единственного положения тела) в пространстве, то, говоря о движение света с постоянной скоростью, нужно было указать, относительно чего движется свет (электромагнитные волны) с этой постоянной скоростью.

То есть, нужно было найти какое-то «что-то», то есть, какую-то систему отсчета, относительно которой свет бы распространялся бы с постоянной скоростью в 300 тыс. км/с. Итакая система отсчета была найдена. В качестве этого «что-то» был выбран эфир.

 В связи с этим было постулировано существование некой субстанции, названной «эфиром»

По тем представлениям эфир представлял такую субстанцию, которой наполнено все, даже «пустое» пространство. Световые волны распространяются в эфире так же, как звуковые в воздухе.

Таким образом, эфир выполнял одновременно две функции. Выступал в качестве некой среды (выполнял функцию среды), в которой распространялся свет (электромагнитные волны). И выступал в качестве этого «что-то» (в качестве такой системы отсчета), относительно которого свет двигался с постоянной скоростью в 300 тыс. км/с.

Отсюда следовало, что движение световых волн с постоянной скоростью 300 тыс. км/с. – это движение относительно эфира.

Отсюда, согласно первому закону Ньютона, следовало, что если наблюдатели будут двигаться с разными скоростями навстречу движущемуся к ним свету, то скорость света для них будет разной. Свет будет идти к ним с разною скоростью. И эта скорость будет складываться из, собственно, скорости света относительно его источника и скорости самого наблюдателя, с которой он движется навстречусвету. При этом скорость света относительно эфира должна оставаться постоянной.

Итак, согласно первому закону Ньютона, если наблюдатель движется с некоторой постоянной скоростью навстречу свету, то общая их скорость (или опять же скорость света для наблюдателя) будет определяться суммой двух скоростей. Скорости самого наблюдателя. И скорости света относительно своего источника. Соответственно, если наблюдатель движется вдогонку за светом, то общая скорость будет определяться разностью их скоростей. Очень скоро, однако, обнаружилось, что Ньютоновские операции, связанные со сложением и вычитанием скоростей - совсем неуместны, если речь идет о скорости света.

В 1887 году Альберт Майкельсон (впоследствии ставший первым американцем, удостоенным Нобелевской премии по физике) и Эдвард Морли,провели ряд точных экспериментов в Кливлендской школе прикладных наук. И в ходе этаких экспериментов, опровергли все эти предположения, связанные с вычитанием и сложением скоростей применительно к свету.Они сравнивали величину скорости света, измеренную в разных экспериментах. И к своему огромному удивлению, обнаружили, что все полученные величины скорости света  совершенно одинаковы, независимо от скорости наблюдателя.Независимо от того в какую сторону движется сам наблюдатель, движется ли наблюдатель навстречу свету или вдогонку ему.

С 1887 по 1905 годы был сделан ряд безуспешных попыток объяснить результаты экспериментов Майкельсона и Морли, которые фактически противоречили первому закону Ньютона.

В 1905 году никому доселе не известный служащий Швейцарского патентного бюро по имени Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой было показано, что результаты эксперимента Майкельсона и Морливполне объяснимы, если отказаться от идеи эфира (как той самой единственной системы отсчета, относительно которой свет будет двигаться с постоянной скоростью).

Статья называлась «к электродинамике движущихся тел». В ней было высказано предположение, что свет движется с постоянной скоростью 300 тыс. км/с. не относительно эфира, то есть не относительно какого-то одного единственного «что-то», в качестве которого выступает эфир (не относительно какой-то одной системы отсчета). А относительно любого «что-то», любой системы отсчета, которая находится в состоянии покоя или движется равномерно. То самое предположение, которое явилось впоследствии основным (вторым) постулатом специальной (или частной) теории относительности.

Через несколько недель ту же точку зрения высказал один из ведущих французских математиков Анри Пуанкаре. Аргументы, выдвинутые Эйнштейном, были ближе к физике, чем аргументы Пуанкаре, который подошел к этой задаче как к математической. Тем не менее, об Эйнштейне обычно говорят как о создателе новой теории.

Но прежде, чем излагать ее основные моменты, зададимся вопросом, которым задавался пятнадцатилетний Эйнштейн.Что произойдет, если пуститься в погоню за светом, двигаясь при этом со скоростью света? Первый закон движения Ньютона (сложение и вычитание, а в данном случае вычитание, скоростей) нам говорит, что в данном случае световые волны будут казаться нам неподвижными, свет как бы остановится. Из скорости света мы вычитаем скорость свою, равную скорости света. И получаем в конечном итоге нуль.

Но согласно теории Максвелла,скорость света всегда постоянна. Свет всегда должен двигаться спостоянной скоростью в 300 тысяч километров секунду. Согласно этой теории такого явления, как неподвижный свет, попросту не существует – никому и никогда не удавалось держать на своей ладони неподвижный луч света. Об этом же говорят и результаты экспериментов Майкельсона и Морли, согласно которым скорость света имеет постоянную величину в любой, какой бы то ни было, ситуации,  а все эти Ньютоновские операции, связанные со сложением и вычитанием скоростей - совсем неуместны, если речь идет о скорости света. Если бы они были уместны, то скорость света не имела бы постоянную величину в любой ситуации.

Отсюда и возникает противоречие.Противоречие между теорией движения Ньютона (его первым законом)и теорией Максвелла.

Обычно физики ставили механику Ньютона на более приоритетное место и стремились подогнать уравнения Максвелла под неё. Но Эйнштейн пошел от противного: по настоящему, верны именно уравнения Максвелла. Что же касается первого закона Ньютона(сложение или вычитание скоростей по Ньютону и Галилею), то он то же верен, ноприменимлишь для объектов с малыми скоростями.

Отрицая идею «неподвижного света», Эйнштейн встал на позицию теории Максвелла, согласно которой,свет всегда должен двигаться с постоянной, никогда не изменяющейся скоростью. Что скорость света – всегда постоянна. Имеет постоянную величину. 

Но что означает всегда?  Всегда означает – всегда. В любой ситуации. Относительно любого «что-то», любой системы отсчета, которая покоится или движется с постоянной скоростью. Независимо от того, с какой скоростью движется это «что-то». Даже, если это «что-то» движется со скоростью, близкой к скорости света, свет будет двигаться относительно этого «что-то» с постоянной скоростью в 300 тысяч километров в секунду. Потому наблюдатели, измеряя скорость света, должны всегда получать одну и ту же величину, независимо от того с какой скоростью они двигаются сами. Даже, если они двигаются со скоростью, очень близкой к скорости света. Потому наблюдатели, измеряя скорость света, должны всегда получать одну и ту же величину, независимо от того с какой скоростью они двигаются сами. Даже, если они двигаются со скоростью, очень близкой к скорости света.

Если взять за основу такую позицию, согласно которой свет всегда должен двигаться с постоянной скоростью относительно любого «что-то», которое покоится или движется с постоянной скоростью (равномерно), независимо от скорости этого «что-то», становится очевидным, почему Эйнштейнговорил о  нелепости привлечения такого понятия как «эфир». Почему он отрицал существование этой субстанции. Почему никакого эфира не нужно, спросите вы? Да просто потому, что эфир и выступал в качестве того единственного «что-то», относительно которогосвет должен был двигаться с постоянной скоростью. В качестве той самой единственной системы отчета, относительно которой (или, другими словами, в которой)свет должен был распространяться с неизменной скоростью в 300 тысяч километров в секунду.

Если свет движется с постоянной скоростью относительно любой (инерциальной) системы отсчета, то идея эфира как единственной системы отсчета, относительно которой свет движется с постоянной скоростью – попросту отпадает.

Зачем нам, спрашивается, необходимость в наличии какого-то одного, единственного «что-то», если свет движется с постоянной скоростью относительно любого «что-то»? Иными словами, идея существования эфира просто отпала за ненадобностью, когда отпала потребность в наличии этого единственного «что-то».

Итак, свет движется с постоянной скоростью в 300 тысяч км/с. относительно любого «что-то», если это «что-то» находится в состоянии покоя, либо совершает равномерное (с постоянной скоростью) и прямолинейное движение. Относительно любого такого «что-то», которое мы, соответственно, можем принять в качестве системы отсчета. И, таким образом, относительно любой системы отсчета или, другими словами, в любой системе отсчета (кому, как угодно), которая находится в состоянии покоя,либо совершает равномерное и прямолинейное движение. А такие системы отсчета, как уже было указано ранее, мы называем инерциальными.

Но возникает вопрос. Почему так важны рассуждения относительно равномерного и прямолинейного движения? Почему мы столь долго уделяем на это внимание? Почему? Ответ очевиден. Потому что только в этих условиях (в условиях равномерного и прямолинейного движения) и справедливы те два постулата, что лежат в основе специальной теории относительности. При этом принято полагать, что второй постулат является непосредственным следствием первого постулата.

Первый постулат специальной теории относительности, состоял в том, что все физические процессы, какие бы они не были, должны быть одинаковыми (протекать одинаково) для всех равномерно (и прямолинейно) движущихся наблюдателей, независимо от скорости их движения. Или, другими словами, для всех систем отчета. Или, опять же другими словами, во всех системах отчета, находящихся в состоянии равномерного, прямолинейногодвижения.

Второй постулат, который был непосредственным следствием первого, состоял в том, что скорость света (в вакууме) постояннадля всех равномерно (и прямолинейно)движущихся наблюдателей. Или, другими словами, во всех системах отчета, совершающих равномерное и прямолинейное движение, независимо от скорости их движения.

Спрашивается, почему второй постулат является следствием первого? Попробуем выяснить.

Понятно, что во времена Галилея и Ньютона под физическими законами, прежде всего, понимали законы механики. Понятно так же, что первый постулат специальной теории относительности есть несколько измененный вариант постулата, который существовал уже во времена Галилея и Ньютона и который, собственно говоря, ими и был сформулирован. Согласно этому постулату, во всех системах отчета, совершающих равномерное и прямолинейное движение, независимо от скорости их движения (независимо от того, неподвижна ли эта система или находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения) должны выполняться одни и те же законы механики. Или, точнее сказать, должны протекать одни и те же физические процессы, которые должны подчиняться одним и тем же законам механики.

В формулировке Эйнштейна этого постулата фраза «физические процессы, которые должны подчиняться одним и тем же законам механики», как мы видим, подменяется фразой «физические процессы, какие бы они не были». Но что это значит? А значит, это следующее. Физические процессы должны подчиняться не только законам механики, но и недавно открытым Джеймсом Кларком Максвеллом(недавно для Эйнштейна) законам электродинамики.

Заслуга  Эйнштейна состоит, таким образом, в том, что в своей формулировке этого постулата он к законам механики добавил законы электродинамики (к механики добавил электродинамику). Но что из этого следует? А то, что во всех системах отчета, совершающих равномерное и прямолинейное движение, независимо от скорости их движения, должны выполняться не только законы механики, но и электродинамики. Что в любой такой (инерциальной) системе отсчёта законы электродинамики  неизменны (равно как и законы механики).

Механика, как мы знаем, оперирует с относительно малыми скоростями, которые постоянно меняются. И с объектами, которые имеют различные скорости. Законы механики, действующие в каждой из таких систем, они-то, собственно, и позволяют нам складывать или вычитать скорости (в каждой из таких систем отчета). Электродинамика оперирует со скоростью света, которая неизменна – 300 тысяч километров в секунду. Неизменная величина этой скорости говорит нам о том, что не о каком сложении и вычитании скоростей здесь просто не может быть речи.

Но если во всех таких системах отчета справедливы (выполняются) законы электродинамики, то, следовательно, и справедливо положение, существующее в рамках этаких законов, согласно которому, скорость света имеет постоянную величину. А из этого следует, что скорость света имеет одну и ту же (постоянную) величину во всех таких (инерциальных) системах отчета. Во всех системах отчета, совершающих равномерное и прямолинейное движение, независимо от скорости их движения.

Итак, скорость света одна для всех наблюдателей, совершающих равномерное и прямолинейное движение одна, даже, если их скорость близка к скорости света.

Как видно, первый постулат специальной теории относительности легко трансформируется во второй. Что, собственно, мы и хотели вам показать.

В настоящий момент присутствует мнение, согласно которому из этих двух постулатов вытекает ряд замечательных следствий.

Самое известное следствие – уравнение, устанавливающее взаимосвязь (эквивалентность)между массой и энергией Е = mc² (где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света).

Существует мнение, что эту формулу использовали еще задолго до Эйнштейна наши соотечественники Умов Николай Алексеевич и Столетов Александр Григорьевич. Согласно такой точке зрения впервые эта формула появляется в работе немецкого физика Генриха Шрамма в 1872 г. Как видите, Эйнштейна даже еще не существовало, он даже еще не родился.

Эта формула показывает, что энергия пропорциональна массе, умноженной на квадрат скорости света, устанавливая, таким образом, взаимосвязь между массой материи и энергией. Или, точнее сказать, между материей (обладающей определенной массой m) и энергией Е.  И эта взаимосвязь говорит нам о том, что материя – это плотно упакованная энергия.

Незначительное преобразование этой формулы m = Е/c²говорит нам о том, что материя – это энергия, сжатая в огромное количество раз. Сжатая настолько сильно, что величина этого сжатия определяется квадратом скорости света. Квадрат скорости света! Огромная величина! Представляете, это какое же количество энергии и во сколько раз нужно сжать эту энергию, чтобы получить материю даже самой незначительной массы.

Из этого следует, что даже незначительное количество материи, обладающей незначительной массойm, способно выделить огромное количество энергииЕ. Преобразоваться при определенных условиях в огромное количество энергии. И если массу (или часть этой массы) небольшого числа атомов преобразовать в энергию, то результатом этого станет взрыв колоссальной силы. В дальнейшем, такое, незначительное, на первый взгляд, уравнение заставило задуматься многих ученых над последствиями расщепления атомов (ядер атомов). А в последствие, под давлением своих правительств, создать атомную бомбу.

Эта формула,устанавливая взаимосвязь между массой материи и энергиейЕ = mc², кроме того, показывает нам, что ничто не может двигаться быстрее света.

Понятно, что, чем быстрее движется тело, тем больше энергию нужно затратить для того, чтобы разогнать объект до этакой скорости (чтобы объект разогнался до этакой скорости). А, как показывает взаимосвязь между массой материи и энергией, установленная формулойЭйнштейнаЕ = mc², чем больше энергия Е, тем больше масса тела m.

И вот здесь возникает вопрос: за счет чего увеличивается масса объекта при приближении его скорости к скорости света? Учебная и справочная литература про это нам говорят, что «энергия, которой обладает движущийся объект, должна теперь добавляться к его массе». Но что означает «должна прибавляться»? Каким образом «прибавляться»?

Как уже было рассмотрено только что, в примере с атомной бомбой, установленная формулойЕ = mc²взаимосвязь говорит нам о том, что материя – это плотно упакованная энергия. Энергия, подверженная огромному сжатию, величина которого равна квадрату скорости света c². При определенных условиях (в случае с атомной бомбой) материя переходит (преобразуется) в энергию. И чем больше масса m материи, тем будет больше высвободившейся энергии Е. В случае же со скоростями, близким к скорости света, происходит обратное действие - энергия переходит в массу материи.

Поэтому, если мы зададимся вопросом: за счет чего увеличивается масса объекта при приближении его скорости к скорости света? То ответ будет таков: за счет энергии, которая переходит в массу объекта. Той самой энергии, которую мы затрачиваем для того, чтобы разогнать объект до этакой скорости.

Правда, эффект увеличения массы существенен лишь при скоростях, близких к скорости света. Например, скорость какогонибудь объекта составляет 10% скорости света, то его масса лишь на 0,5% больше обычной (массы покоя), тогда как при скорости, равной 90% скорости света, масса уже в 2 раза превышает обычную. Объект, двигающийся со скоростью, равной 99,9% скорости света, примерно в 22 раза тяжелее,чем его неподвижные собратья. А при скорости, равной 99,999% скорости света, масса объекта увеличится в 224 раза.

Но чем больше масса объекта, тем труднее увеличить его скорость.По мере того как скорость объекта приближается к скорости света, масса растет все быстрее, так что для дальнейшего ускорения требуется все больше и больше энергии. Поскольку масса объекта бесконечно возрастает при приближении его скорости к скорости света, потребуется затратить бесконечно большое количество энергии, чтобы он достиг и, в конечном итоге, преодолел этот световой барьер.

Поэтому ничто не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Со скоростью света (в вакууме) двигается, к примеру, фотон, как минимальная и неделимая порция (квант) электромагнитного излучения, масса покоя которого равняется нулю. Но это опять лишь потому, что он обладает нулевой массой. Таким образом, только свет и другие типы электромагнитного излучения, не обладающие «собственной» массой, могут двигаться со скоростью света.

Как уже было указано ранее, представление об абсолютном времени, основано на предположении о том, что временной интервал между двумя событиями будет одинаков независимо от того, кто производит измерения. Лишь бы у измеряющего человека были правильные часы. А так же на предположении о том, что время – оно неизменно и потому всегда одно (одинаково) для всех находящихся в пространстве тел. Неизменно одно. Специальная теория относительности говорит нам, что все тела имеют разное время. Подобно тому, как ранее мы говорили, что все тела имеет различные скорости, и что каждое тело, находящееся в пространстве, имеет свою скорость, отличную от скорости другого тела, мы можем сказать, что каждое тело имеет свое собственное время, отличное от времени другого тела. Однако мы это не замечаем, но не замечает опять же лишь потому, что в своей повседневной обыденной жизни имеем дело лишь с относительно малыми скоростями. В реальности, когда скорости тел становятся близкими к скорости света, все такие тела «обретают» свое собственное время.

Мало того, один и тот же объект имеет различное время в зависимости от того, относительно чего (относительно какой системы отчета) он движется. Для одной системы отчета – он будет иметь одно время. Для другой – другое.

Из этого следует, что время одного и того же процесса, измеренное в разных системах отчета – разное. Временной интервал между двумя событиями (началом и концом процесса) не будет одинаков. Он зависит от того, кто производит измерения. Или, другими словами, где (в какой системе отчета) будут производиться измерения.

Приведем наглядный пример. С автомобилем, который движется с фантастической скоростью, близкой к скорости света, и находящимся в нем пилотом. Пилот включает секундомер, для того, чтобы определить (измерить) время движение автомобиля от старта до финиша (временной отрезок между двумя событиями: стартом и финишем). Желая получить независимое подтверждение, то же самое измерение делает наблюдатель, находящийся в неподвижном состоянии на обочине автострады. До появления работы Эйнштейна никто не усомнился бы в том, что, если секундомеры пилота и наблюдателя работают правильно, то они покажут одинаковое время. Однако секундомер человека, стоящего на обочине, показывает одно время. А секундомер пилота – другое время, причем гораздо меньшее.

Ход этаких рассуждений наглядно показывает нам, почему специальная теория относительности отрицает идею абсолютного времени, основанную на предположении  о том, что время – оно неизменно и потому одно (одинаково) для всех находящихся в пространстве тел. Почему специальная теория относительности говорит нам о том, что все тела имеют разное время. Что каждое тело, находящееся в пространстве, имеет свое собственное время (или движется в своем собственном времени), отличное от времени другого тела.

 

Общая теория относительности.Как уже было указано ранее, из представления об абсолютном пространстве, в частности, следовало, что абсолютное пространство – это пространство, существующее безотносительно к чему бы то ни было. И потому оно всегда остается одним. Одним и тем же. Из этого следовало, что структура пространства полностью независима от помещенной в нее физической материи, и, таким образом, полностью независима от помещенных внутри ее материальных тел.

Под действием сил гравитации (силы взаимного притяжения, которая, напомним, зависит от массы взаимодействующих тел) любые тела притягиваются друг к другу внутри такого пространства, не оказывая никакого влияния на его структуру.

В противоположность этому видению общая теория относительности говорит, что масса тела не только влияет на другие тела, но и воздействует на структуру пространства. Если тело достаточно массивно, оно заставляет пространство изгибаться вокруг себя. Тело как бы деформирует вокруг себя пространство. И чем больше будет масса этого тела, тем больше будет величина деформации. Это можно сравнить с упругой поверхностью достаточно мягкого материала, на которую помещают объект большей плотности и который буквально проваливается в этот материал, натягивая и искривляя его поверхность.

Отсюда следует, что все движущиеся в данной (деформированной, искривленной) области пространства объекты, включая свет, будут идти по кривой.

Попробуем разобраться с историей возникновения этой теории.

Как не раз уже было отмечено, специальная теория относительности постулировала (во втором своем постулате) постоянство скорости света для всех наблюдателей, находящихся в состоянии покоя, или же совершающих равномерное и прямолинейное движение, даже, если их скорость близка к скорости света. Из второго ее постулата следовало, что скорость любого из существующих взаимодействий (всего их четыре типа, а во времена Эйнштейна было известно два типа – гравитационное и электромагнитное) не должна превышать скорость распространения электромагнитного взаимодействия. То есть, скорости света. 

Однако это противоречило ньютоновской теории гравитации (закону всемирного тяготения), согласно которой объекты притягиваются друг к другу с силой, зависящей от квадрата расстояния между ними. То есть, чем больше расстояние, тем меньше величина гравитационного взаимодействия.

Последнее означает, что, если сдвинуть один из объектов и изменить, таким образом, между ними расстояние, сила взаимного притяжения этих объектов изменится мгновенно. Гравитационное взаимодействие между объектами мгновенно изменится. Получается так, что гравитационное взаимодействие должно распространяться мгновенно. Иначе говоря, скорость распространения гравитационного взаимодействия должна быть бесконечной, а не равной(или даже меньшей) скорости света. Не равной скорости электромагнитного взаимодействия, как того требовала специальная теория относительности (второй его постулат).

С 1908 по 1914 год Эйнштейн предпринял ряд безуспешных попыток построить такую модель гравитации, которая согласовалась бы со специальной теорией относительности. Наконец в 1915 году он опубликовал теорию, которая сейчас называется общей теорией относительности.

Эйнштейн высказал предположение, что гравитация сила – это не обычная сила, а следствие того, что пространство искривленно распределенной в нем массой. То есть, массой находящихся в нем объектов. Такое предположение, в частности, объясняло, почему величина гравитации зависит от массы. Почему, чем более масса объекта, тем более гравитационная сила, которую он оказывает на около находящиеся объекты. То есть, чем больше масса объекта, находящегося в пространстве,тем больше оно, пространство, изгибается (под его массой). И, следовательно, тем больше гравитационная сила как следствие искривленности пространства (чем больше масса объекта, тем более он деформирует вокруг себя пространство, тем больше величина гравитации как следствие деформации пространства). И почему, в частности, гравитация не может существовать сама по себе, но проявляет себя наличием материальных объектов, которые обладают массой.

Такое предположение сразу же объяснило мгновенное распространение гравитации (связанное с мгновенным увеличением расстояния). Мгновенное изменение гравитации (мгновенное распространение гравитационного взаимодействия), связанное с увеличением расстояния между взаимодействующими объектами – объяснимо, следовательно, банальным изменением в искривленности пространства, которая естественным образом уменьшается по мере увеличения расстояния между (гравитационно взаимодействующими) объектами.

Как уже было отмечено выше, искривленность пространства (вызванное массой) означает, что свет уже не распространяется прямолинейно. Как и все движущиеся в данной (деформированной, искривленной) области объекты он будет идти по кривой.

Таким образом, согласно обшей теории относительности, луч света от далекой звезды, проходящий рядом с Солнцем,должны быть немного деформированы под действием массы Солнца. Или, точнее сказать, должен изгибаться под действием гравитации, вызванной массой солнца. И в связи с чем, должен отклониться на небольшой угол. А наблюдатель, находящийся на Земле, должен увидеть эту звезду в другой точке.

В нормальных условиях этот эффект очень труден для наблюдения, так как яркий солнечный свет не позволяет видеть звезды, находящиеся на небе рядом с Солнцем. Но такая возможность появляется во время солнечного затмения, когда Луна перекрывает солнечный свет. В 1915году никто не смог сразу проверить предсказанное Эйнштейном отклонение света. Лишь в 1919 году(29 мая) английская экспедиция под руководством Артура Эддингтона, наблюдавшая в Западной Африке полное солнечное затмение, показала, что свет действительно отклоняется Солнцем так, как и предсказывала теория Эйнштейна.

Далее, отказ от идей абсолютного времени и абсолютного пространства привел к возникновению новой идеи. К идеи взаимосвязи пространства и времени. К идеи четырёхмерногопространственно-временного континуума.

Специальная теория относительности отвергает идею абсолютного времени, согласно которой время одно, и нет никакого «разного времени». Оно одно и потому одинаково для всех неподвижных и движущихся объектов. В противоположность этому видению специальная теория относительности говорит нам о том, что все тела имеют разное время. Что каждый объект, находящийся в пространстве, имеет свое собственное время, отличное от времени другого объекта. Имеет свой собственный масштаб времени, зависящий от того, с какой скоростью он движется.

Общая теория относительности отвергает идею абсолютного пространства,согласно которой пространство не зависит от находящихся в нем материальных тел.Под действием сил гравитации (силы взаимного притяжения, которая, напомним, зависит от массы взаимодействующих тел) любые тела притягиваются друг к другу внутри такого пространства, не оказывая никакого влияния на его структуру. В противоположность этому видению общая теория относительности говорит, что материальные тела непосредственно воздействует на структуру пространства. Воздействуют собственной массой. Что масса тела не только влияет на другие тела, но и воздействует на структуру пространства.

Идея абсолютного времени говорит нам о том, что время одно для всех (каких бы то ни было) материальных объектов. Оно одно в том самом смысле, что не зависит от этих объектов, от их свойств и характера, которые могли бы его изменить (и сделать не одним).Идея абсолютного времени говорит нам о том, чтовремя никоим образом не зависит от материальных объектов.От их свойств и характера, которые могли бы его изменить. И потому время одно (одно для всех). В том смысле, что неизменно и одинаково для всех (каких бы то ни было) материальных объектов. Отсюда, кстати, и известное Ньютоновское утверждение относительно времени, что время, поскольку оно абсолютно, существует само по себе и без всякого отношения к чему-либо, протекает равномерно. Специальная теория относительности говорит нам о том, что, напротив, зависит. Зависит от скорости тела.

Идея абсолютного пространства говорит нам о том, что пространство никоим образом не зависит от помещенных внутри ее материальных тел,от их свойств и характера, которые могли бы его изменить.И потому пространство одно (одинаково для всех предметов).Общая теория относительности говорит нам о том, что, напротив, зависит. Зависит от массы конкретного тела.

Но тогда возникает резонный вопрос. Если материальное тело воздействует на пространство и время, меняя их, если пространство и время зависят от находящихся в них материальных объектов – пространство зависит от массы объекта, а время от скорости – то не означает ли это одно. Зависимость времени и пространства друг относительно друга.

Таким образом, отрицая идеи абсолютного времени и абсолютного пространства (согласно которым пространство и время существуют сами по себе, безотносительным образом к чему бы то ни было и, следовательно, друг к другу), специальная и общая теории относительности вынуждают нас к фундаментальной смене представлений о пространстве и времени. Нам приходится принять, что время и пространство не отделены полностью друг от друга и не существуют независимо друг от друга, однако, напротив, образуют единый объект, который называется пространствомвременем.

Так возникла идея четырёхмерногопространственно-временного континуума, которая добавляла к трехмерному эвклидову пространству равноправное четвертое, временное измерение. В результате чего получалось четырехмерное пространство-время, математически описанное учителем Эйнштейна ГерманомМинковским, и являющееся, по сути своей, псевдоевклидовым пространством. Таким образом, можно сказать, что пространственно-временной континуум – это физическая конструкция, устанавливающая взаимосвязь между пространством и временем.  Конструкция, которая дополняет трехмерное эвклидово пространство равноправным, временным измерением и получает в итоге четырехмерное пространство-время, являющееся псевдоевклидовым пространством (пространством Минковского).

Главный вывод специальной и общей теории относительности состоял, таким образом, в том,что пространство и время существуют не как особые (абсолютные), отдельные и независимые друг от друга и от материи субстанции. Их разделение должно иметь сугубо относительный характер. Более того, согласно теории относительности, пространство и время настолько связаны, что нет реального различия между пространственными и временными координатами, как нет различия между двумя любыми пространственными координатами.

Суть этой идеи выразил самЭйнштейн в следующих словах: "Если раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы пространство и время".