Общая теория относительности: от фундаментальной науки к практическим приложениям

Специальная и общая теория относительности - одно из наиболее выдающихся достижений человеческой мысли. Они были сформулированы в начале прошлого века и явились частями единого прорыва человека в понимании природы окружающего мира. Однако между ними существует и разительное отличие, которое состоит в том, что первая теория, хоть и противоречила обычным представлениям, была логическим следствием обобщения наблюдательных фактов. Общая теория относительности же явилась продуктом мысленного эксперимента. По сути, она была настоящим интеллектуальным подвигом её создателя, немецкого физика Альберта Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн опубликовал свою работу, в которой впервые была сформулирована общая теория относительности, в 1915 году. Как и многое в современной физике, эта теория противоречит нашим интуитивным представлениям об окружающем мире. Рэй Динверно сказал: "Поистине, интеллектуальный скачок, который потребовался от Эйнштейна, чтобы прийти от специальной теории относительности к общей - один из величайших в человеческой истории...". Сам Эйнштнейн в письме коллеге признавался: "Я никогда не работал с таким напряжением... По сравнению с общей теорией относительности, первоначальная теория - это детская игра...".

Согласно специальной теории относительности, пространство и время не являются независимыми субстанциями. Напротив, они являются разными проявлениями единого пространства-времени. Соотношения между временем и пространственными координатами разное для систем отсчета движущихся с разными скоростями. Это, в частности, приводит в тому что два события, кажущиеся одновременными для одного наблюдателя, могут произойти в разные моменты времени для другого.

Однако эта теория не обьясняла природу сил притяжения. Это и сделала общая теория относительности. Постулаты ее, в добавление к основам специальной теории, содержали тезис о неразрывной связи материи и пространства-времени. Она говорит, что сила тяготения обусловлена искривлением пространства, происходящего вокруг материальных объектов. Иными словами, материя указывает пространству, как искривляться, а пространство говорит материи, как двигаться.

Таким образом, эта теория дает законченную картину, в которой пространство-время образует театр существования материи, и, с другой стороны, материя определяет его свойства.

Общая теория относительности - это краеугольный камень фундаментальной науки. Несмотря на это, она была отмечена Нобелевской премией только в 1993 году. Её получили астрофизики Халз и Тейлор за объяснение прецессии двойного пульсара - системы, состоящей из двух нейтронных звёзд. Совсем недавно, в 2011 году, еще одна Нобелевская премия была вручена за вклад этой теории в космологию и обьяснение расширения вселенной.

И хотя её эффекты ничтожно малы на Земле и в околоземном пространстве, у нее есть весьма важные практические приложения. Самое, наверное, главное из них - это системы глобального позиционирования, такие, как американская GPS и российская ГЛОНАСС. Без учета эффектов теории относительности, эти системы были бы как минимум на порядок менее точными. Таким образом, если вы - обладатель телефона с системой GPS, то общая теория относительности работает и на вас.