В то же время все предсказания частной ТО непосредственно могут быть получены из ОТО, поскольку ОТО включает в себя частную ТО как частный случай, когда гравитационным полем можно пренебречь. Все же некоторые выводы ОТО отличаются от предсказаний ньютоновской теории. Предсказываемые эффекты, в которых проявляется различие между обеими теориями, зачастую слишком малы, чтобы их можно было обнаружить существующими методами, но там, где эти различия все же обнаруживаются, чаша весов склоняется в пользу ОТО. Опишем теперь три классических опыта по проверке ОТО и соответствующие экспериментальные результаты.

Смещение перигелия орбиты. Согласно законам Кеплера, планеты Солнечной системы движутся по эллипсам, в общем фокусе которых находится Солнце. Это не вполне соответствует ньютоновской теории. Планеты не только притягиваются Солнцем, но и притягиваются друг к другу, хотя и гораздо слабее, чем к Солнцу, поскольку их массы намного меньше массы Солнца. Но если учесть эти малые взаимные возмущения, то наблюдаемое движение планет вполне согласуется с предсказаниями ньютоновской теории, за исключением малых деталей. Наиболее известное и подробно исследованное расхождение между теорией и экспериментом – так называемое смещение перигелия Меркурия.

Перигелий – точка максимального приближения планеты к Солнцу. Из-за возмущающего действия других планет положение перигелия слегка изменяется при каждом орбитальном прохождении планеты через эту точку (рис. 9). Однако наблюдаемое смещение перигелия Меркурия, регистрируемое с начала 19 в., на 43 угловые секунды за сто лет больше предсказываемого ньютоновской теорией. Предлагались разные объяснения этого, в том числе гипотеза о существовании внутри орбиты Меркурия некой другой планеты (названной Вулканом) и модификация закона всемирного тяготения, но каждое из них приводило к новым противоречиям с данными астрономических наблюдений. Теория Эйнштейна объяснила смещение перигелия Меркурия без каких-либо дополнительных предположений. В случае других планет этот эффект оказывается слишком малым, и его пока не удается измерить.

(16.22 Кб)

Отклонение света. Другим предсказанием ОТО является искривление светового луча или другого электромагнитного излучения при прохождении вблизи массивного объекта, например Солнца. Аналогичное отклонение следует и из ньютоновской теория тяготения, но ОТО предсказывает вдвое больший эффект. (В соответствии с ОТО луч должен отклоняться к объекту на расстояние, пропорциональное его массе и обратно пропорциональное минимальному расстоянию между ним и лучом.) Из этого следует, например, что если некий астроном, находящийся на Земле, фиксирует положение какой-нибудь звезды, находящейся практически на одной линии с Солнцем (так, что свет от звезды проходит в непосредственной близости от Солнца), и затем делает то же самое в другое время года, когда Солнце находится в другой части неба и когда его действием на свет от звезды можно пренебречь, то он обнаружит, что свет от одной и той же звезды пришел по двум слегка различающимся направлениям. Если Солнце наблюдается на фоне звезд, то те из них, которые ближе всего к Солнцу, должны обнаруживать наибольшее радиальное смещение от него относительно своего положения в отсутствие Солнца в данной части небосвода.

Однако наблюдение звезд, находящихся вблизи солнечного диска, затруднено, поскольку солнечный свет не позволяет их видеть. Такая возможность появляется во время полного солнечного затмения, когда звезды вблизи диска становятся видимыми на небе и их можно сфотографировать. Если через несколько месяцев сделать ночью новую фотографию, когда Солнце находится далеко, то можно сравнить два положения звезды. Различие, предсказываемое теорией, достаточно велико и составляет 1,74 угловой секунды для звезд, свет которых проходит вблизи солнечного диска. Такая величина без особых сложностей может быть зарегистрирована.

Первые наблюдения по проверке предсказаний Эйнштейна проводились в период полного затмения Солнца 29 мая 1919 двумя британскими экспедициями, одна из которых базировалась на о.Принсипи вблизи западного побережья Африки, а другая – в Бразилии. Результаты наблюдений подтвердили предсказания теории, а весть об этом успехе сделала с той поры имя Эйнштейна всемирно известным. На самом деле результаты измерений были не очень точными, и за последующие полвека состояние дел кардинально не улучшилось: наблюдения оставались чересчур сложными в техническом отношении.

Ситуация существенно изменилась с начала 1970-х годов благодаря появлению радиоинтерферометров с очень большой базой, в которых используются совместно работающие радиотелескопы, расположенные на разных континентах и отстоящие друг от друга на тысячи километров. Наблюдения в радиодиапазоне могут проводиться в любое время, а не только во время затмений. Совместно работающие радиотелескопы, расположенные далеко друг от друга, позволяют очень точно измерять направление на источник радиосигнала. Поскольку на протяжении года в пределах нескольких градусов от Солнца (при наблюдении с Земли) проходит целый ряд мощных квазизвездных источников радиоизлучения (квазаров), было проделано несколько тысяч измерений. Результаты подтверждают предсказания теории Эйнштейна в пределах погрешности 0,1ё0,2%, т.е. с точностью, в 100 раз более высокой, чем в прежних экспериментах по наблюдению звезд во время затмений.

назад   дальше