入り口では、アインシュタインは正しかったのでしょうか？ 相対性理論の検証。 一般相対性理論は一貫していますか? それは物理的現実に対応していますか?
一般相対性理論は、すべての基準系 (相互に一定の速度で移動する基準系だけでなく) に適用され、数学的には特殊な相対性理論よりもはるかに複雑に見えます (これが、論文の発表までの 11 年のギャップを説明しています)。 これには、特殊な場合として、特殊相対性理論 (したがってニュートンの法則) が含まれます。 同時に、一般相対性理論は、これまでの理論よりもさらに進化しています。 特に、重力についての新しい解釈を与えます。
一般相対性理論は世界を 4 次元にします。3 つの空間次元に時間が追加されます。 4 つの次元はすべて分離できないため、私たちはもはや 3 次元の世界の場合のように 2 つの物体間の空間的距離について話しているのではなく、互いの距離を組み合わせたイベント間の時空間隔について話しているのです。時間的にも空間的にも。 つまり、空間と時間は 4 次元の時空連続体、または単に時空として考えられます。 この連続体では、相互に相対的に移動する観察者の間で、2 つのイベントが同時に発生したのか、それとも一方が他方に先行して発生したのかについて意見が一致しない場合もあります。 私たちの貧しい頭脳にとって幸いなことに、因果関係を破るという点には至っていません。つまり、一般相対性理論ですら、2 つの出来事が同時に発生せず、別々に発生する座標系の存在は認められません。シーケンス。
古典物理学では、重力は多くの自然力 (電気、磁気など) の中の通常の力であると考えられていました。 重力は「長距離作用」（「虚空を通る」貫通）と規定されており、 驚くべき能力異なる質量の物体に等しい加速度を与えます。
法 万有引力ニュートンは、宇宙のあらゆる 2 つの物体の間には相互に引力する力があると述べています。 この観点から見ると、地球と地球の間には相互引力が働くため、地球は太陽の周りを回転します。
しかし、一般相対性理論では、この現象を別の見方をする必要があります。 この理論によれば、重力は、質量の影響下での時空の弾性構造の変形（「湾曲」）の結果です（太陽などの物体が重ければ重いほど、時空はより多く「曲がります」）それに応じて、その重力場も強くなります)。 しっかりと張られたキャンバス (トランポリンの一種) の上に巨大なボールが置かれているところを想像してください。 ボールの重みでキャンバスが変形し、周囲に漏斗状の凹みができます。 一般相対性理論によれば、地球は、重い球である太陽によって時空が「押し出された」結果として形成された漏斗の円錐の周りを転がるように発射された小さな球のように、太陽の周りを公転します。 そして、私たちにとって重力のように見えるものは、実際には、本質的に時空の曲率が純粋に外部に現れたものであり、ニュートンの理解における力ではまったくありません。 現在までのところ、一般相対性理論以上に重力の性質を説明できるものはありません。
まず、異なる質量の物体の重力加速度が等しいことについて議論します (大きな鍵と軽いマッチが同じ速さでテーブルから床に落ちるという事実)。 アインシュタインが指摘したように、このユニークな性質により、重力は慣性と非常に似たものになります。
実際、鍵とマッチはあたかも無重力状態で慣性によって移動しているかのように動作し、部屋の床が加速度を持ってそれらに向かって移動しています。 キーとマッチに達すると、フロアはその衝撃と圧力を経験します。 キーとマッチの慣性は、床のさらなる加速に影響を与える可能性があります。
この圧力（宇宙飛行士は「過負荷」と言う）は慣性力と呼ばれます。 このような力は、加速された基準座標系内の物体に常に適用されます。
ロケットが地表の重力加速度と等しい加速度 (9.81 m/秒) で飛行する場合、慣性力がキーと一致の重量の役割を果たします。 彼らの「人工」重力は、地球表面の自然の重力とまったく同じになります。 これは、基準フレームの加速が重力と非常によく似た現象であることを意味します。
反対に、自由落下するエレベーターでは、キーと一致を「追求する」キャビンの基準システムの加速された動きによって自然重力が排除されます。 もちろん、古典物理学では、これらの例では重力の真の出現と消滅はわかりません。 重力は加速度によってのみ模倣または補正されます。 しかし、一般相対性理論では、慣性と重力の類似性はさらに深いものとして認識されています。
アインシュタインは、慣性と重力の等価性の局所原理を提唱し、十分に小さいスケールの距離と継続時間では、ある現象はいかなる実験によっても別の現象から区別できないと述べました。 このように、一般相対性理論は世界の科学的理解をさらに深く変えました。 ニュートン力学の第一法則は普遍性を失いました。慣性による運動は曲線になり、加速されることが判明しました。 重い質量という概念はもはや必要ありませんでした。 宇宙の幾何学は変化しました。真っ直ぐなユークリッド空間と均一な時間の代わりに、曲がった時空、曲がった世界が現れました。 科学の歴史の中で、宇宙の物理的基礎に関する見解がこれほど劇的に再構築されたことはありません。
通常の実験室条件下では、その結果はニュートンの重力の法則が予測するものとほぼ正確に同じであるため、一般相対性理論のテストは困難です。 それにもかかわらず、いくつかの重要な実験が実行され、その結果により理論が確認されたと考えることができます。 さらに、一般相対性理論は、宇宙で観察される現象の説明に役立ちます。一例として、太陽の近くを通過する光線があります。 ニュートン力学と一般相対性理論はどちらも、太陽 (落下) に向かって逸脱する必要があることを認識しています。 ただし、一般相対性理論ではビーム変位が 2 倍になると予測されます。 間の観察 日食アインシュタインの予測が正しかったことが証明されました。 もう一つの例。 太陽に最も近い惑星水星には、古典的なニュートン力学の観点からは説明できない、静止軌道からのわずかなずれがあります。 しかし、これはまさに一般相対性理論の公式を使った計算によって与えられる軌道です。 強い重力場における時間の遅れは、非常に高密度の星である白色矮星の放射における光振動の周波数の減少を説明します。 そして近年、この効果が実験室環境で記録されています。 最後に、一般相対性理論は、宇宙全体の構造と歴史の科学である現代の宇宙論において非常に大きな役割を果たしています。 この知識分野では、アインシュタインの重力理論の多くの証拠も発見されています。 実際、一般相対性理論によって予測された結果は、超強力な重力場の存在下でのみニュートンの法則によって予測された結果とは著しく異なります。 これは、一般相対性理論を完全にテストするには、非常に重い天体かブラックホールの超精密測定が必要であることを意味しますが、これには私たちの通常の直観的なアイデアはまったく適用できません。 したがって、相対性理論をテストするための新しい実験方法の開発は、依然として実験物理学の最も重要な課題の 1 つです。
100年前の1915年、スイスの若い科学者は、当時すでに物理学で革命的な発見をしていたが、重力について根本的に新しい理解を提案した。
1915 年、アインシュタインは、重力が時空の基本的な性質であることを特徴付ける一般相対性理論を発表しました。 彼は、時空の曲率が物質のエネルギーと運動、およびその中に存在する放射線に及ぼす影響を説明する一連の方程式を提示しました。
100 年後、一般相対性理論 (GTR) は現代科学構築の基礎となり、科学者が攻撃したすべてのテストに耐えました。
しかし最近まで、理論の安定性をテストするために極端な条件下で実験を行うことは不可能でした。
相対性理論が 100 年後にどれほど強力であることが証明されたかは驚くべきことです。 私たちはアインシュタインが書いたものを今でも使用しています。
クリフォード・ウィル、理論物理学者、フロリダ大学
科学者は現在、一般相対性理論を超えた物理学を探索する技術を持っています。
重力に対する新たな視点
一般相対性理論は、重力を（ニュートン物理学で見られるような）力としてではなく、物体の質量による時空の湾曲として説明します。 地球が太陽の周りを回っているのは、星が地球を引き寄せているからではなく、太陽が時空を変形させているからです。 伸ばしたブランケットの上に重いボウリングのボールを置くと、ブランケットの形状が変化します。重力は空間にも同様に影響を与えます。
アインシュタインの理論は、いくつかのクレイジーな発見を予言しました。 たとえば、光さえも内部から逃げることができないほど時空を曲げるブラックホールが存在する可能性があります。 この理論に基づいて、宇宙が膨張し加速しているという今日一般に受け入れられている意見の証拠が見つかりました。
一般相対性理論は数多くの観測によって確認されています。 アインシュタイン自身は、一般相対性理論を使用して、ニュートンの法則ではその運動を説明できない水星の軌道を計算しました。 アインシュタインは、光を曲げるほど巨大な物体の存在を予測しました。 これは、天文学者がよく遭遇する重力レンズ現象です。 たとえば、系外惑星の探索は、惑星が周回する星の重力場によって曲げられる放射線の微妙な変化の影響に依存しています。
アインシュタインの理論を検証する
地球での実験や惑星の観察によって示されているように、一般相対性理論は通常の重力に対してうまく機能します。 太陽系。 しかし、物理学の境界にある宇宙の非常に強い場の条件下でテストされたことはありません。
このような条件下で理論をテストする最も有望な方法は、重力波と呼ばれる時空の変化を観察することです。 それらは、ブラックホールなどの2つの巨大な天体、または特に高密度の物体である中性子星の合体という大きな出来事の結果として現れます。
この規模の宇宙花火大会は、時空の最小の波紋しか反映しないでしょう。 たとえば、銀河系のどこかで 2 つのブラックホールが衝突して合体した場合、重力波によって地球上で 1 メートル離れた物体間の距離が原子核の直径の 1,000 分の 1 まで伸縮する可能性があります。
このような出来事による時空の変化を記録できる実験が登場した。
今後 2 年以内に重力波が検出される可能性は十分にあります。
クリフォード・ウィル
ワシントン州リッチランドとルイジアナ州リビングストン近郊に天文台を持つレーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) は、レーザーを使用してデュアル L 字型検出器で微小な歪みを検出します。 時空の波紋が検出器を通過すると、空間が伸縮し、検出器の寸法が変化します。 そしてLIGOはそれらを測定することができます。
LIGOは2002年に一連の打ち上げを開始したが、成果は得られなかった。 2010 年に改良が行われ、組織の後継である Advanced LIGO が今年も稼働する予定です。 計画されている実験の多くは重力波の探索を目的としている。
相対性理論をテストするもう 1 つの方法は、重力波の性質を調べることです。 たとえば、偏光ガラスを通過する光のように、偏光させることができます。 相対性理論はそのような効果の特徴を予測しており、計算からの逸脱は理論を疑う理由となる可能性があります。
統一理論
クリフォード・ウィルは、重力波の発見はアインシュタインの理論を強化するだけだと信じています。
一般相対性理論が正しいことを確かめるために、私たちはその証拠を探し続けなければならないと思います。
そもそもなぜこのような実験が必要なのでしょうか?
現代物理学の最も重要かつとらえどころのない課題の 1 つは、アインシュタインの研究、つまり大宇宙の科学と、最小の物体の現実である量子力学を結び付ける理論の探索です。
量子重力というこの分野の進歩には、一般相対性理論の変更が必要になる可能性があります。 量子重力実験には多大なエネルギーが必要となり、実行が不可能になる可能性がある。 「しかし、誰にもわかりません」とウィルは言います。「量子宇宙には、重要ではないが検索可能な効果があるかもしれません。」
1900 年 4 月 27 日の英国王立研究所での講演で、ケルビン卿は次のように述べました。 の上 晴天物理学者によれば、小さな雲は 2 つだけです。これは光速の一定性と、波長に応じた放射線強度の曲線です。 これら 2 つの特定の問題は間もなく解決され、20 世紀の物理学者には何もすることがなくなると思います。」 ケルビン卿は、物理学の研究の主要な分野を示したことに関しては完全に正しいことが判明しましたが、その重要性を正しく評価していませんでした。それらから生まれた相対性理論と量子理論は、科学者の心を占領する無限の研究分野であることが判明しました百年以上もの間。
この理論は重力相互作用について記述していないため、アインシュタインはその完成後すぐにこの理論の一般版の開発を開始し、その作成に 1907 年から 1915 年を費やしました。 この理論は、その単純さと自然現象との一貫性において美しかったが、一つの点を除いて：アインシュタインがこの理論をまとめた当時、宇宙の膨張や他の銀河の存在さえもまだ知られていなかったため、当時の科学者たちは次のように信じていた。宇宙は無限に存在し、静止していました。 同時に、ニュートンの万有引力の法則から、恒星がある時点で単純に 1 点に引き寄せられるはずであることがわかりました。
この現象についてより良い説明が見つからなかったので、アインシュタインは数値的に補償する方程式を導入し、物理法則に違反することなく静止宇宙が存在できるようにしました。 その後、アインシュタインは、宇宙定数を方程式に導入したことが最大の間違いであると考えるようになりました。なぜなら、それは理論にとって必要ではなく、当時静止しているように見えた宇宙以外の何物によっても確認されなかったからです。 そして 1965 年に宇宙マイクロ波背景放射が発見されました。これは、宇宙には始まりがあり、アインシュタインの方程式の定数はまったく不要であることが判明したことを意味します。 それにもかかわらず、宇宙定数は 1998 年に発見されました。ハッブル望遠鏡によって得られたデータによると、遠方の銀河は重力によって膨張を減速させず、むしろ膨張を加速させました。
基礎理論
特殊相対性理論の基本公準に加えて、ここでは何か新しいことが追加されました。ニュートン力学は物質の重力相互作用を数値的に評価しましたが、このプロセスの物理学は説明していませんでした。 アインシュタインは、巨大な物体による 4 次元の時空の湾曲を通じて、これをなんとか説明しました。物体はそれ自体の周囲に撹乱を引き起こし、その結果、周囲の物体が測地線に沿って動き始めます (そのような線の例は、地球の緯度と経度。内部の観察者にとっては直線に見えますが、実際にはわずかに湾曲しています）。 光線も同様に曲がり、巨大な物体の背後に見える画像が歪みます。 物体の位置と質量の一致に成功すると、これは（時空の曲率が巨大なレンズとして機能し、遠方の光源をより明るくする）につながります。 パラメータが完全に一致しない場合、遠方の天体の天体画像に「アインシュタイン十字」または「アインシュタイン円」が形成される可能性があります。
理論の予測の中には、重力による時間の膨張（巨大な物体に近づくとき、加速による時間の膨張と同じように物体に作用する）、重力（巨大な物体から発せられた光線が遠ざかるとき）もありました。 「重力井戸」から出る際の仕事関数のエネルギー損失の結果としてスペクトルの赤い部分に入る）、重力波（運動中に質量を持つ物体によって生成される時空の摂動）も同様である。 。
理論の現状
一般相対性理論の最初の確認は、それが出版された同じ 1915 年にアインシュタイン自身によって得られました。この理論は、以前はニュートン力学を使用して説明できなかった水星の近日点の変位を絶対的な正確さで記述しました。 それ以来、この理論によって予測された他の多くの現象が発見されましたが、この理論が発表された時点では検出するには弱すぎました。 このような最新の発見は、 この瞬間 2015年9月14日に重力波が発見されました。
この理論について彼らは、この理論を理解しているのは世界で 3 人だけだと言い、数学者たちがそこから得られるものを数字で表現しようとしたとき、著者であるアルバート アインシュタイン自身が、今では自分もこの理論を理解できなくなったと冗談を言いました。
特殊相対性理論と一般相対性理論は、世界の構造に関する現代科学の見解の基礎となる教義の切り離せない部分です。
「奇跡の年」
1905年、ドイツの主要な科学出版物『物理学年報』に、連邦庁で専門家3級（下級書記官）として働いていた26歳のアルバート・アインシュタインによる4つの論文が次々と掲載された。ベルンで発明の特許を取得した場合。 これまでも同誌とのコラボレーションはあったが、1年でこれだけの作品を刊行するのは異例のことだった。 それぞれのアイデアに含まれるアイデアの価値が明らかになるにつれて、それはさらに注目に値します。
最初の記事では、光の量子的性質についての考えが述べられ、電磁放射線の吸収と放出のプロセスが検討されました。 これに基づいて、光電効果、つまり光の光子によってノックアウトされた物質による電子の放出が最初に説明され、この場合に放出されるエネルギー量を計算するための式が提案されました。 1922 年にアインシュタインに賞が授与されたのは、相対性理論の仮説ではなく、量子力学の始まりとなった光電効果の理論的発展に対してでした。 ノーベル賞物理学で。
別の論文では、液体中に浮遊する小さな粒子のブラウン運動の研究に基づいて、物理統計の応用分野の基礎を築きました。 アインシュタインは、変動のパターン、つまり最も可能性の高い値からの物理量の無秩序でランダムな偏差を検索する方法を提案しました。
そして最後に、「移動する物体の電気力学について」と「物体の慣性はその中のエネルギー量に依存しますか?」という記事です。 これには、物理学の歴史の中でアルバート・アインシュタインの相対性理論と呼ばれることになるものの、むしろその最初の部分である SRT (特殊相対性理論) の萌芽が含まれていました。
情報源と先行者
で 19 年後半今世紀、多くの物理学者は、 地球規模の問題宇宙は決定され、主要な発見が行われ、人類は蓄積された知識を利用して技術の進歩を強力に加速するだけです。 わずか数個の理論的矛盾が、エーテルで満たされ、不変のニュートン法則に従って生きている宇宙の調和のとれた構図を台無しにしただけです。
マクスウェルの理論研究によって調和が損なわれてしまいました。 電磁場の相互作用を記述した彼の方程式は、一般に受け入れられている古典力学の法則に矛盾しました。 これは、ガリレオの相対性原理が機能しなくなったときの、動的基準系における光の速度の測定に関するものでした。光の速度で移動するときのそのような系の相互作用の数学的モデルは、電磁波の消滅につながりました。
さらに、粒子と波動、大宇宙と小宇宙の同時存在を調和させると考えられていたエーテルも検出できなかった。 1887年にアルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーによって行われたこの実験は、「空気のような風」を検出することを目的としており、必然的に独特の装置である干渉計によって記録する必要があった。 実験は地球が太陽の周りを完全に一周する期間、丸一年続いた。 惑星は6か月間エーテルの流れに逆らって移動し、エーテルは6か月間地球の「帆に吹き込む」と考えられていましたが、結果はゼロでした。エーテルの影響下での光波の変位は次のとおりです。検出されず、エーテルの存在そのものに疑問が生じた。
ローレンツとポアンカレ
物理学者たちは、エーテルの検出に関する実験結果の説明を見つけようとしました。 Hendrik Lorenz (1853-1928) は数学モデルを提案しました。 それは空間のエーテル的充填を復活させましたが、それはエーテル中を移動するときに物体が移動方向に収縮する可能性があるという非常に条件付きで人為的な仮定の下でのみでした。 このモデルは、偉大なアンリ ポアンカレ (1854-1912) によって改良されました。
これら 2 人の科学者の著作の中で、相対性理論の主要な公準を主に形成する概念が初めて登場しましたが、これによってアインシュタインの盗作の告発が収まることはありません。 これらには、同時性の概念の従来性、光速度一定の仮説が含まれます。 ポアンカレは、高速ではニュートンの力学法則を再検討する必要があることを認め、運動は相対性理論であるが、それはエーテル理論に適用されるものであると結論付けた。
特殊相対性理論 - SRT
電磁気プロセスを正しく記述するという問題は、理論展開のトピックを選択する動機となった。1905 年に発表されたアインシュタインの論文には、特殊な場合の解釈が含まれていた。 直線運動。 1915 年までに、重力相互作用を説明する一般相対性理論が形成されましたが、最初の理論は特殊理論と呼ばれていました。
アインシュタインの特殊相対性理論は、2 つの主要な公準の形で簡単に述べることができます。 1 つ目は、ガリレオの相対性原理の作用をあらゆるものに拡張するものです。 物理現象機械的なプロセスだけではありません。 さらに詳しく 一般的な形式それは次のように述べています: すべての物理法則は、すべての慣性 (直線または静止中を均一に移動する) 基準系に対して同じです。
2 番目のステートメントには、特殊相対性理論が含まれています。真空中の光の伝播速度は、すべての慣性座標系で同じです。 次に、より大局的な結論が得られます。光の速度は最大です。 大きな値自然界における相互作用の伝達速度。
STR の数学的計算では、式 E=mc² が与えられます。この式は以前に物理的な出版物に登場していましたが、これが科学史上で最も有名で人気になったのはアインシュタインのおかげです。 質量とエネルギーが等しいという結論は、相対性理論の最も革新的な公式です。 質量のある物体には膨大な量のエネルギーが含まれているという概念が、 核エネルギーそして何よりも、原子爆弾の出現につながりました。
特殊相対性理論の効果
STR からは、相対論的 (相対性) 効果と呼ばれるいくつかの結果が生じます。 時間の遅れは最も顕著なものの 1 つです。 その本質は、移動する基準フレームでは時間の進みが遅くなるということです。 計算によると、宇宙船がケンタウルス座アルファ星系に向かい、0.95 c (c は光の速さ) の速度で戻るという仮定の飛行をした場合、7.3 年が経過し、地球では 12 年が経過することが示されています。 このような例は、ダミー用の相対性理論や関連する双子のパラドックスを説明するときによく引用されます。
もう 1 つの効果は、直線寸法の減少です。つまり、観察者の観点から、c に近い速度で相対的に移動する物体の移動方向の直線寸法は、それ自体の長さよりも小さくなります。 相対論的物理学によって予測されるこの効果は、ローレンツ収縮と呼ばれます。
相対論的運動学の法則によれば、移動する物体の質量は静止質量よりも大きくなります。 この効果は、素粒子を研究するための機器を開発する場合に特に顕著になります。これを考慮せずに LHC (大型ハドロン衝突型加速器) の動作を想像することは困難です。
時空
SRT の最も重要なコンポーネントの 1 つは、相対論的運動学のグラフィック表現です。これは、かつてアルバート アインシュタインの生徒の数学教師だったドイツの数学者ヘルマン ミンコフスキーによって提案された、統一時空の特別な概念です。 。
ミンコフスキー モデルの本質は、相互作用するオブジェクトの位置を決定するためのまったく新しいアプローチです。 特殊理論相対性理論に時間を費やす 特別な注意。 時間は古典的な 3 次元座標系の単なる 4 番目の座標ではなく、時間は絶対値ではなく、時空連続体の形をとり、円錐の形でグラフィカルに表現される空間の不可分の特性となります。すべての相互作用がそこで発生します。
相対性理論におけるそのような空間は、より一般的な性質への発展とともに、後に曲率を受けるようになり、そのようなモデルが重力相互作用を記述するのに適したものとなった。
理論のさらなる発展
SRT はすぐには物理学者に理解されませんでしたが、徐々に世界、特に素粒子の世界を記述するための主要なツールとなり、それが物理科学の研究の主要な主題になりました。 しかし、SRT を重力の説明で補足するという課題は非常に緊急であり、アインシュタインは作業をやめず、一般相対性理論 - GTR の原理を磨き続けました。 これらの原理の数学的処理には約 11 年という非常に長い時間がかかり、物理学に関連する精密科学の分野の専門家がそれに参加しました。
したがって、重力場方程式の共著者の一人となった当時の主要な数学者デイヴィッド ヒルベルト (1862-1943) によって多大な貢献がなされました。 それらは美しい建物の建設における最後の石であり、一般相対性理論、または GTR という名前が付けられました。
一般相対性理論 - 一般相対性理論
現代の重力場の理論、「時空」構造の理論、「時空」の幾何学、非慣性報告システムにおける物理的相互作用の法則 - これらはすべて、アルバート・アインシュタインの名前に付けられた別の名前です。一般相対性理論。
万有引力の理論は、長い間、重力、さまざまなサイズの物体と場の相互作用に関する物理科学の見解を決定しました。 逆説的ですが、その主な欠点は、その本質が無形で、幻想的で、数学的な性質を持っていることでした。 星と惑星の間には空洞があり、天体間の引力は、特定の力の長距離作用と瞬間的な力によって説明されました。 アルバート・アインシュタインの一般相対性理論が重力を注入 物理的なコンテンツ、さまざまな物質の直接接触としてそれを提示しました。
重力の幾何学
アインシュタインが重力相互作用を説明した主な考え方は非常に単純です。 彼は、時空は重力の物理的表現であり、そのような曲率が形成される物体の質量によって影響を受ける距離と変形という非常に具体的な記号を備えていると宣言します。 かつてアインシュタインは、空間を満たす弾性物質媒体としてのエーテルの概念を宇宙理論に戻すよう呼びかけたとさえ言われていました。 彼は、多くの性質を持った物質を真空と呼ぶのは難しいと説明しました。
したがって、重力は 4 次元時空の幾何学的特性の現れであり、SRT では曲がっていないと指定されていますが、より一般的な場合には、重力は曲率を備えており、それが物質の動きを決定します。アインシュタインが宣言した等価原理に従った加速。
これ 基本原則相対性理論は、ニュートンの万有引力理論の「ボトルネック」の多くを説明します。それは、いくつかの天文現象の際に巨大な宇宙物体の近くを通過するときに観察される光の曲がりと、古代人によって指摘されたように、物体の落下の加速は、それとは関係なく同じです。彼らの質量の。
空間の曲率をモデル化する
ダミー向けに一般相対性理論を説明するために使用される一般的な例は、トランポリンの形で時空を表現することです。トランポリンとは、その上に物体 (ほとんどの場合はボール) が配置され、相互作用する物体をシミュレートする弾性のある薄い膜です。 重いボールは膜を曲げ、ボール自体の周りに漏斗を形成します。 表面を横切って発射された小さなボールは重力の法則に従って動き、より大きな物体によって形成されたくぼみに徐々に転がり込みます。
しかし、そのような例は非常にありふれたものです。 現実の時空は多次元であり、その曲率もそれほど単純なものではありませんが、重力相互作用の形成原理と相対性理論の本質が明らかになります。 いずれにせよ、重力理論をより論理的かつ一貫して説明する仮説はまだ存在していません。
真実の証拠
一般相対性理論は、現代物理学を構築できる強力な基盤としてすぐに認識され始めました。 相対性理論は当初から、その調和と調和で専門家だけでなく驚きを与え、その出現直後から観察によって確認され始めました。
水星の軌道の太陽に最も近い点（近日点）は、19世紀半ばに発見された太陽系の他の惑星の軌道に対して徐々に移動している。 この運動 - 歳差運動 - は、ニュートンの万有引力理論の枠組み内では合理的な説明が見つかりませんでしたが、一般相対性理論に基づいて正確に計算されました。
1919 年に起こった日食は、一般相対性理論のさらなる証明の機会を提供しました。 相対性理論の基礎を理解している 3 人のうち 2 人目であると冗談めかして自称したアーサー・エディントンは、光の光子が星の近くを通過するときにアインシュタインが予測した逸脱を確認しました。日食の瞬間、見かけの変化が起こります。いくつかの星の位置が目立つようになりました。
一般相対性理論の他の証拠の中でも、時計の遅れや重力の赤方偏移を検出する実験がアインシュタイン自身によって提案されました。 長い年月を経て、ようやく必要な実験装置を準備してこの実験を行うことができました。 高さの離れたエミッターとレシーバーからの放射線周波数の重力シフトは、一般相対性理論によって予測される限界内であることが判明し、この実験を実行したハーバード大学の物理学者ロバート・パウンドとグレン・レブカは、その後、精度を向上させるだけでした。測定結果と相対性理論の式が再び正しいことが判明しました。
アインシュタインの相対性理論は、最も重要な宇宙探査プロジェクトの正当化に常に存在します。 簡単に言えば、専門家、特に GPS や GLONASS などの衛星ナビゲーション システムを扱う専門家のためのエンジニアリング ツールになったと言えます。 一般相対性理論によって予測される信号の減速を考慮せずに、たとえ比較的狭い空間であっても、必要な精度で物体の座標を計算することは不可能です。 特に、宇宙的な距離で離れたオブジェクトについて話している場合、ナビゲーションの誤差は非常に大きくなる可能性があります。
相対性理論の創始者
アルバート・アインシュタインが相対性理論の原理を発表したとき、彼はまだ若者でした。 その後、その欠点と矛盾が彼に明らかになりました。 特に、一般相対性理論の最も重要な問題は、重力相互作用の記述には互いに根本的に異なる原理が使用されているため、一般相対性理論を量子力学に組み込むことが不可能であるということでした。 量子力学では、単一の時空における物体の相互作用が考慮され、アインシュタインにとって、この空間自体が重力を形成します。
一般相対性理論と量子物理学の矛盾を解消する統一場の理論である「万物の公式」を書くことがアインシュタインの目標でした。 長年にわたって、彼は最後の時間までこの理論に取り組みましたが、成功しませんでした。 一般相対性理論の問題は、多くの理論家にとって、さらに多くのことを探求する動機となっています。 完璧なモデル平和。 これが、ひも理論、ループ量子重力、その他多くの理論が登場した方法です。
一般相対性理論の著者の人格は、相対性理論そのものの科学にとっての重要性と同等の痕跡を歴史に残しました。 彼女は今でも誰もを無関心にしません。 アインシュタイン自身は、物理学とは何の関係もない人々がなぜ自分と彼の研究にこれほど多くの注目を集めるのか疑問に思っていました。 彼の個人的な資質、有名な機知、積極的な政治的立場、さらには表情豊かな外見のおかげで、アインシュタインは地球上で最も有名な物理学者となり、多くの本、映画、コンピューターゲームの英雄になりました。
彼の人生の終わりは多くの人によって劇的に描写されています。彼は孤独で、地球上のすべての生命にとって脅威となった最も恐ろしい兵器の出現の責任は自分にあると考え、彼の統一フィールド理論は非現実的な夢のままでしたが、最高のものでした。この結果は、アインシュタインが死の直前に地球での任務を完了したことについて語った言葉と考えることができます。 それに異論を唱えるのは難しい。