Все относительно

Теория Эйнштейна сегодня является общепринятой. Однако трудности объединения общей теории относительности со Стандартной моделью, а также результаты космологических наблюдений заставляют многих учёных задуматься о её пересмотре.

Общая теория относительности, сформулированная Альбертом Эйнштейном около века назад, вместе со Стандартной моделью физики элементарных частиц сегодня является основой наших представлений об устройстве мироздания. Именно она предсказывает существование таких удивительных объектов, как черные дыры, и из нее естественно возникают представления о Большом взрыве, в котором примерно четырнадцать миллиардов лет назад родилась Вселенная.

Теория Эйнштейна, несмотря на наличие солидных и хорошо развитых альтернативных теорий (например, релятивистской теории гравитации академика Логунова), сегодня является общепринятой. Считается, что она справедлива на всех масштабах, от атомного ядра до Вселенной. Однако серьёзные трудности, стоящие на пути объединения общей теории относительности со Стандартной моделью, а также недавние результаты космологических наблюдений заставляют многих учёных задуматься о её пересмотре.

Новых теорий и громких заявлений о результатах экспериментов, якобы ставящих крест на теории относительности, хватает. Горячие головы пытаются отменить даже более надёжные постулаты специальной теории относительности, справедливой в отсутствие гравитации. Однако в предлагаемых теориях тоже далеко не всё благополучно, и пока для пересмотра основ нет достаточных причин.

Насколько же надежны предсказания теории Эйнштейна? Как известно, в специальной теории относительности постулируется, что во всех инерциальных системах отсчета, независимо от того, неподвижны они или пребывают в состоянии равномерного и прямолинейного движения, все физические явления протекают одинаково, а скорость света в вакууме в этих системах одна и та же, независимо от скорости движения источника. В общей теории относительности к этим принципам добавляется ещё и представление о том, что действие гравитации эквивалентно искривлению пространства и времени.

Общая теория относительности получила первое экспериментальное подтверждение, когда с её помощью удалось объяснить аномалии в движении Меркурия. Но широкое признание она заслужила несколькими годами позже, в 1919-м, после того как Артуру Эддингтону удалось наблюдать отклонение света звезд в гравитационном поле Солнца, что подтвердило предсказания об искривлении пространства гравитацией.

С тех пор аналогичные наблюдения в масштабах Солнечной системы проводились неоднократно. С высочайшей точностью в две тысячных процента общая теория относительности была проверена шесть лет назад с помощью космического аппарата "Кассини" на его пути к Сатурну. В этом эксперименте учёные измерили отклонение и задержку гравитацией Солнца радиофотонов с частотами 7,2 и 34,3 гигагерца, используемых системой связи этого космического аппарата. Также общая теория относительности хорошо согласуется с наблюдениями пульсаров в двойных системах и двойных пульсаров.

Однако предсказываемые теорией Эйнштейна гравитационные волны до сих пор не обнаружены. Прямых надежных доказательств существования чёрных дыр тоже нет, хотя есть масса косвенных свидетельств в их пользу. А, например, релятивистская теория гравитации Логунова и вовсе обходится без чёрных дыр. В масштабах галактик и их скоплений теория гравитации плохо согласуется с наблюдениями за вращением этих объектов. И чтобы свести концы с концами, астрономы "подливают" в галактики изрядную порцию тёмной материи.

Не все гладко с гравитацией и в масштабах Вселенной. Чтобы объяснить, почему её расширение ускоряется, приходится вводить тёмную энергию. В земных лабораториях общую теорию относительности проверить пока не удается. Новые космические эксперименты обещают повысить точность проверки на два-четыре порядка, но, опять-таки, лишь в масштабах Солнечной системы.

Теоретикам тоже приходится несладко: попытки объединить квантовую теорию и гравитацию требуют существенного пересмотра основ. Некоторые теории даже вынуждают отказываться от неизменности скорости света, считая её зависящей от энергии фотонов. Предполагается, что на планковских масштабах длины (10^-33 см) пространство похоже на мыльную пену и постоянно флуктуирует. Эта "живая" пена замедляет движение фотонов, причём тем сильнее, чем короче их длина волны или больше энергия. Поэтому фотоны с большей энергией от гамма-всплесков, вызванных далёкими космическими катастрофами вроде столкновений нейтронных звезд, должны прийти к нам с задержкой и позже видимого света.

Впрочем, эта гипотеза не подтвердилась, и постулат теории относительности о постоянстве скорости света вновь устоял. Об этом свидетельствуют данные, полученные в мае нынешнего года орбитальным гамма-телескопом Ферми. Он зафиксировал короткий гамма-всплеск из галактики, расположенной на расстоянии семи миллиардов световых лет от Земли, который длился несколько секунд. Гаммафотон с самой короткой длиной волны был зарегистрирован спустя всего 0,8 секунды после самого первого гаммафотона (при этом их энергии отличались в миллион раз). Разница во времени для такого расстояния слишком ничтожна, чтобы говорить о зависимости скорости света от энергии фотонов. Да и эта задержка, составляющая доли секунды, скорее всего связана с физикой вспышки.

Короче говоря, и теоретикам, и астрофизикам ещё есть над чем поработать, совершенствуя наши представления об устройстве Вселенной.

Из еженедельника "Компьютерра" № 42 (806)