Загальна теорія відносності: від фундаментальної науки до практичних додатків

Спеціальна і загальна теорія відносності - одне з найбільш видатних досягнень людської думки. Вони були сформульовані на початку минулого століття і з'явилися частинами єдиного прориву людини в розумінні природи навколишнього світу. Однак між ними існує і разюча відмінність, яке полягає в тому, що перша теорія, хоч і суперечила традиційним уявленням, була логічним наслідком узагальнення спостережних фактів. Загальна теорія відносності ж стала продуктом уявного експерименту. По суті, вона була справжнім інтелектуальним подвигом її творця, німецького фізика Альберта Ейнштейна.

Альберт Ейнштейн опублікував свою роботу, в якій вперше була сформульована загальна теорія відносності, в 1915 році. Як і багато в сучасній фізиці, ця теорія суперечить нашим інтуїтивним уявленням про навколишній світ. Рей Дінверно сказав: "Воістину, інтелектуальний стрибок, який потрібен від Ейнштейна, щоб прийти від спеціальної теорії відносності до загальної - один з найбільших в людській історії ...". Сам Ейнштнейн в листі колезі зізнавався: "Я ніколи не працював з такою напругою ... У порівнянні з загальною теорією відносності, первісна теорія - це дитяча гра ...".

Згідно спеціальної теорії відносності, простір і час не є незалежними субстанціями. Навпаки, вони є різними проявами єдиного простору-часу. Співвідношення між часом і просторовими координатами різне для систем відліку рухаються з різними швидкостями. Це, зокрема, призводить до того що дві події, що здаються одночасними для одного спостерігача, можуть відбутися в різні моменти часу для іншого.

Однак ця теорія не Обьясняю природу сил тяжіння. Це і зробила загальна теорія відносності. Постулати її, на додаток до основ спеціальної теорії, містили тезу про нерозривний зв'язок матерії і простору-часу. Вона каже, що сила тяжіння обумовлена викривленням простору, що відбувається навколо матеріальних об'єктів. Іншими словами, матерія вказує простору, як скривлюватися, а простір каже матерії, як рухатися.

Таким чином, ця теорія дає закінчену картину, в якій простір-час утворює театр існування матерії, і, з іншого боку, матерія визначає його властивості.

Загальна теорія відносності - це наріжний камінь фундаментальної науки. Незважаючи на це, вона була відзначена Нобелівською премією тільки в 1993 році. Її отримали астрофізики Халз і Тейлор за пояснення прецесії подвійного пульсара - системи, що складається з двох нейтронних зірок. Зовсім недавно, в 2011 році, ще одна Нобелівська премія була вручена за внесок цієї теорії в космологію і обьяснение розширення всесвіту.

І хоча її ефекти мізерно малі на Землі і в навколоземному просторі, у неї є вельми важливі практичні додатки. Саме, напевно, головне з них - це системи глобального позиціонування, такі, як американська GPS і російська ГЛОНАСС. Без урахування ефектів теорії відносності, ці системи були б як мінімум на порядок менш точними. Таким чином, якщо ви - володар телефону з системою GPS, то загальна теорія відносності працює і на вас.