И така, учените са открили гравитационни вълни - вълни на пространство-време. Алберт Айнщайн предполага тяхното съществуване преди 100 години и прякото наблюдение дава окончателното доказателство за шедьовъра на великия учен: общата теория на относителността. Учени от Caltech и MIT откриха гравитационна вълна, генерирана от две сблъскващи се черни дупки.
Айнщайн не винаги е бил смятан за гений. Когато той за първи път изрази съмнителните си мисли за относителността, някои учени организираха протести. Други просто позорят Айнщайн в пресата, обвинявайки го както за опасни идеи, така и за еврейски произход.
Но работата на учения обърна физиката с главата надолу от самите й основи. Вселената на Айнщайн бързо и естествено си играе с понятията за позиция и скорост - с изключение на светлината, която винаги се движи през вакуума със скорост от 300 милиона метра в секунда. Пространството и времето се смесват в четиримерна меласа, наречена пространство-време, която може да бъде разтегната и изкривена от материя, материя, маса. И движещата се материя следва кривите на пространство-времето - скрита геометрия, която възприемаме като гравитация.
Звучи като чиста глупост.
Но през последните 100 години експериментите показват отново и отново: Айнщайн е прав. Неговата теория е доказана твърде много пъти, за да се изброят всички тези времена тук, но дори и най-поразителните случаи са впечатляващи.
Светлината е едновременно вълна и частица
Промоционално видео:
Името на Айнщайн най-често се свързва с относителността, но той печели Нобелова награда за работата си върху светлината. Класическата физика постулира, че светлината е вълна, но тази теория не може да обясни как и защо металите излъчват електрони, когато са осветени - това явление се нарича фотоелектричен ефект.
Айнщайн обясни това странно поведение, като предположи, че светлината всъщност се състои от дискретни вълнови пакети (фотони) с енергии, свързани с тяхната честота. Това откритие доведе до появата на квантова физика, при която всички атоми се държат по странен вълнообразен начин и Айнщайн помогна това откритие да се случи.
Пространството-време може да се огъне
Първата голяма победа на Айнщайн в общата теория на относителността дойде, когато той обясни мистериозното колебание на орбитата на Меркурий. През 1859 г. брилянтният френски астроном Урбейн Льо Верие приписва този ефект на невиждана досега планета, наречена Вулкан, казват, че тя привлича Меркурий. Но годините на търсене не доведоха до нищо, никой не намери нито един Вулкан.
За голяма радост на Айнщайн, новата му теория на относителността издигна Вулкан на крака, показвайки, че масата на Слънцето се огъва близо до времето-време, подобно на това, че топката за боулинг ще огъне еластична, но мека повърхност. Тъй като Меркурий е толкова близо до Слънцето, неговата колеблива орбита е най-близкият път през пространството-време, извит от масата на Слънцето. Няма и не е имало друга планета: всичко е свързано с геометрията на Вселената, за която Нютон не е подозирал.
Пространството-времето може да бъде "обектив"
Айнщайн отново беше прав през май 1919 г. по време на пълно слънчево затъмнение. Според теорията на относителността, пространството-време, извито от масата на слънцето, ще огъне идващата звездна светлина като леща.
Британският астроном Артър Едингтън направи големи снимки на затъмнението и установи, че Слънцето е разтегнало звездния куп Хиади, огъвайки светлината на отделни звезди с около една-две хилядни от градуса, както прогнозира Айнщайн, който удвои кривината, предсказана от Нютоновата физика.
Дори Айнщайн не очакваше колко полезно би било това явление за астрономите: използвайки самите галактики като гигантски лещи, астрономите могат да погледнат в миналото, в най-ранните години на Вселената. И когато астрономите видят, че лещите се причиняват от някои невидими маси, това им позволява да картографират обширни области от тъмна материя.
Въртенето на масите усуква пространство-времето
Материята не само изкривява пространството-времето, като топката за боулинг, но и въртящите се маси като Земята лесно изтеглят пространството около тях, като лъжица в меласа. Това се отразява на орбитите на най-близките спътници - причудливият ефект от влачене на инерционни референтни рамки, ефектът на Lense-Thirring.
Прогнозиран през 1918 г. от общата теория на относителността, ефектът Lense-Thirring е потвърден през 2004 г., когато учените откриват, че въртенето на Земята лесно измества орбитите на два спътника. През 2011 г. сондата на НАСА Gravity Probe B потвърди находката и уточни номерата.
Гравитацията забавя времето
Уравненията на Айнщайн също даряват материята със способността да ускорява или забавя времето - и да променя цвета на светлината.
Можем да видим това странно предсказание правилно дори от Земята: светлината от далечни звезди приема по-високи честоти - или изглежда по-синя - отколкото наблюдателят би видял в дълбокия космос. И колкото повече се отдалечавате от гравитационния кладенец на Земята, толкова по-ниски и по-ниски честоти получава светлината, излъчвана от Земята, подчинявайки се на ефекта на гравитационното червено изместване.
В края на краищата дори вашият смартфон не може да пренебрегне теорията на относителността: без релативистки корекции часовниците на GPS сателитите биха отметнали 38 микросекунди по-бързо всеки ден, отколкото на повърхността на Земята, унищожавайки точността на системата след две минути и добавяйки 10 километра грешки дневно.