Глава 8. Вселенная

8.2. Эволюция Вселенной

8.2.2. Общая теория относительности

Альберт Эйнштейн положил в основу общей теории относительности факт пропорциональности гравитационной массы (массы, создающей поле тяготения этого тела) его инертной массе, то есть мере сопротивления внешней силе. Второй аксиомой был принцип постоянства скорости света. Уравнения теории относительности Эйнштейна меняли представления о самом обычном – о пространстве и времени.

Ньютоновская модель Вселенной содержала в себе три основных постулата:

• стационарность, неизменность Вселенной во времени,
• однородность и изотропность, отсутствие привилегированных направлений,
• евклидовость пространства.

1

Рисунок 8.2.2.1. Наличие массы в данной точке пространства согласно Эйнштейну вызывает искривление самого пространства

Эйнштейн искал статические решения для Вселенной. При обобщении ньютоновской теории всемирного тяготения, приведя ее в соответствие с принципом относительности, Эйнштейн приходит к выводу, что геометрия мира неевклидова. Присутствие тел большой массы – звезд, галактик – искривляет пространство.

Однако Эйнштейн оставляет постулат о стационарности и неизменности Вселенной, введя в свои уравнения, которые показывают, как метрика пространства зависит от распределения и движения масс, дополнительный космологический Λ-член.

Одним из фактов, противоречащих теории стационарной Вселенной, был парадокс Ольберса. Если Вселенная бесконечна и вечна, то в ней содержится бесконечное количество звезд. Куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд непременно уперся бы в звезду. Пусть отдельные звезды будут неразличимы, но небо должно было бы сиять сплошным заревом. И, тем не менее, ночью небо темное. Для решения этого парадокса требовалась модель расширяющейся Вселенной, и в 1922 году молодой советский ученый Александр Фридман создает ее. Он предлагает математический расчет изменения плотности материи для однородной и изотропной Вселенной, начиная с состояния с очень высокой плотностью – так называемого сингулярного состояния вещества (по современным оценкам эта плотность равна ρ = 5∙10⁹⁶ кг/м³). Решив уравнения Эйнштейна, Фридман показал, что наш мир не может быть стационарным: Вселенная либо расширяется, либо сжимается.

Справедливость общей теории относительности доказывается прежде всего верным объяснением смещения перигелия Меркурия. Согласно ОТО Солнце искривляет пространство-время, в результате чего перигелий Меркурия смещается за столетие на 43,03". Это прекрасно согласуется с наблюдениями, которые дают (42,56±0,94)".

Другими экспериментальными подтверждениями справедливости общей теории относительности являются отклонение луча света, проходящего вблизи Солнца или других массивных тел (гравитационные линзы), а также изменение частоты света в гравитационном поле.