Особенность гравитации: почему Эйнштейн одновременно был прав и ошибался

Фото: New Scientist

Сейчас астрофизики считают, что гравитационные волны заполняют всю Вселенную. Впервые эту пульсацию в пространстве-времени обнаружил детектор гравитационных волн LIGO 9 лет назад. Эти волны были побочным продуктом слияния двух черных дыр, масса которых в 30 раз больше, чем у Солнца. Само слияние произошло на расстоянии 1,3 млрд световых лет от Земли. С тех было обнаружено уже почти 100 подобных явлений, связанных со столкновениями двух черных дыр, двух нейтронных звезд и даже черной дыры и нейтронной звезды. Хотя теперь у ученых есть много данных о гравитационных, так было не всегда. Прошло почти 100 с тех пор, как Альберт Эйнштейн предсказал их существование, но затем он изменил свое мнение, пишет New Scientist.

В 1916 году Эйнштейн предположил, что ускорение материи в ткани пространства-времени может вызвать пульсации в ней, похожие на волны, возникающие на поверхности спокойного озера, когда по нему плывет лодка. Но гравитационные волны будут расходиться во всех направлениях от точки возникновения.

Эйнштейн описал эти волны и свойства, которыми они должны обладать с помощью математики. Тем не менее, у него были глубокие сомнения относительно того, существуют ли гравитационные волны на самом деле. И если они существуют, физик не был уверен, что их когда-либо можно будет обнаружить.

В 1936 году Эйнштейн определил, что любое решение уравнений его общей теории относительности, которое приведет к возникновению гравитационных волн, также будет содержать сингулярность. Это разрыв в пространстве-времени, присутствие которого может привести к беспорядку в его теории.

Поэтому Эйнштейн пришел к выводу, что гравитационные волны не могут существовать. Но другие физики указали Эйнштейну на ошибку в его рассуждениях. После этого знаменитый физик заявил, что точно не знает, существуют ли гравитационные волны, и что это очень интересная проблема.

Эйнштейн был прав, когда оставил этот вопрос открытым. Он также был прав, предполагая, что гравитационные волны будет трудно обнаружить. Если для создания этих волн нужно действительно катастрофическое событие, это представляло бы собой проблему. Физики и математики пытались найти правильное решение уравнений теории Эйнштейна, которые могли бы решить эту проблему, в частности, что касается массивных объектов, которые готовы столкнуться друг с другом.

В 1952 году математик и физик Ивонна Шоке-Брюа доказала, что уравнения Эйнштейна имеют устойчивое решение, допускающее существование гравитационных волн. Но такое решение существовало лишь короткое время. В 1969 году она выяснила, что устойчивое решение может существовать постоянно.

Это означало, что можно было положиться на общую теорию относительности, чтобы предсказать тип гравитационных волн, которые возникнут, если две черные дыры столкнутся друг с другом. И наоборот, можно было, полагаясь на те же уравнения, выяснить массу и скорость вращения черных дыр, создающих гравитационные волны.

В 2005 году, физик Франс Преториус выяснил, что расчеты, которые разработала Шоке-Брюа, можно использовать в компьютерном моделировании слияний черных дыр. Это был один из многих ключевых шагов, которые помогли в 2015 году впервые обнаружить гравитационные волны.

Можно сказать, что в этом случае физики доказали, что Эйнштейн одновременно был и прав, и неправ. Физики указали на то, что Эйнштейн был осторожен в своих предположениях, а потому и неправ в некоторых рассуждениях о гравитационных волнах. И все-таки физик не ошибался, когда говорил, что гравитационные волны могут существовать.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform