Меню

Теория Эйнштейна: вера, истина и предел контроля

Уравнения Эйнштейна выдержали проверку на протяжении более столетия. За последние 30 лет были проведены эксперименты, подтвердившие базовые положения ОТО. Но эти же эксперименты продемонстрировали некоторые пробелы в наших знаниях.

В частности, физики все еще задаются вопросом: в какой мере теория Эйнштейна «конечна» в своих постулатах? Не столкнемся ли мы с той же судьбой, что и законы Ньютона? Понятие «гравитации» в интепретации великого ученого «прошло» все испытания, однако никто не знает наверняка, применима ли теория к любым звездам, работает ли она универсально по отношению ко всем наблюдаемым явлениям и астрономическим объектам. Иначе говоря, нет никакой гарантии, что ОТО работает на всем протяжении космоса. И если так, то неудивительно, что за этот промежуток времени предложено множество конкурирующих теорий, не всегда оправданных и экспериментально проверяемых. Собственно говоря, здесь кроется главная проблема: у нас есть достаточные знания, необходимый уровень развития технологий, чтобы доказать альтернативную теорию? И если действительно возникнет необходимость теоретической модификации, сможем ли мы ее провести без академических потерь, в рамках официальной, кафедральной науки?

После того, как Эйнштейн предложил свою новую теорию, она игнорировалась в течение нескольких десятилетий. Только во второй половине 20-го века общая теория относительности была признана теорией, поясняющей вселенную. Его уравнения описывают расширение материального пространства от Большого Взрыва, от состояния горячей точки с эксклюзивной плотностью размером с протон до современного состояния быстрого ускоряющегося расширения. При условии историчности самого «биг-бума» и факта расширения, что является всего лишь гипотезой, которую нельзя принципиально доказать или опровергнуть. Никто ж не повторит Большой Взрыв в принципе.

Теория Эйнштейна имеет свои ограничения

Да, сегодня ОТО завоевала все большую известность, поскольку ученые подтвердили ее более экзотические предсказания, включая черные дыры и вибрации в пространстве, известные как гравитационные волны. Но все это — при условии существования black holes и вибраций как таковых. Проблему измерений и интерпретации полученных никто ведь не снимал с повестки дня. Как и того, что наше видение вселение определяется исходными теоретическими положениями и электромагнитными приборами, фиксирующими только часть процессов, происходящих в окружающем мире. И нет никакой гарантии истинности расчетов, изначально косвенных и установленных на косвенных данных в результате некоторой интерпретации базовой теории. Мы вынуждены договариваться и принимать нечто на веру, - иначе у нас не будет исходной «точки отсчета». Ни в прикладном, ни в логическом смыслах. Это называется аксиоматикой.

Поэтому мы вынуждены констатировать тот факт, что ОТО достаточно хорошо описывает только наблюдаемую вселенную. Такое описание включает в себя огромное количество невидимой массы, известной как темная материя, наряду со своеобразной силой отталкивания, называемой темной энергией, якобы пронизывающей все пространство. Но существование таких «темных вещей» выводится из предположения, что общая теория относительности верна. Или логика наоборот: темная энергия и темная материя физически необходимы, чтобы признать ОТО «истинной» теорией. В противном случае она не срабатывает.

Другими словами, не существует ни темной материи, ни тем более темной энергии, которые суть тот же эфир. Если это так, то очевидного доказательства космологической теории гравитации нет, а сама ее модель (вещь в философском и физическом смыслах) отличается от понимания имени Эйнштейна. А значит, нынешняя картина мира должна быть радикально перерисована.

Тем не менее, физики убеждены в непогрешимости ОТО. Во-первых, решается сложная проблема, которая озадачила астрономов, исследующих Меркурий: несоответствие орбиты прогнозу ньютоновской гравитации. Эйнштейн фактически пояснил наблюдаемый парадокс.

Ключом разгадки тайны Меркурия стало понимание гравитации как геометрической проекции пространства (или технически пространства-времени, поскольку в ранних работах пространство и время неразделимы). По Эйнштейну, гравитация - это не взаимное растяжение массивных объектов, а результат искажения массой окружающего ее пространства-времени. Объекты вращаются или падают в массивное тело в зависимости от того, насколько сильно искривлено пространство-время вокруг него. Вместо того, чтобы реагировать на какую-то силу притяжения, массы просто следуют контурам геометрии пространства-времени.

Гравитация как геометрия привела к известному предсказанию, подтвержденному при наблюдении затмения 1919 года. Эйнштейн указал на то, что для земного наблюдателя искривление пространства-времени вблизи Солнца будет вызывать «изгиб» света от далеких звезд. В 1919 году команда астрофизика Эддингтона обнаружила, что положения нескольких звезд были смещены только на величину, указанную математикой Эйнштейна. Ньютоновская версия теории гравитации не сработала. Когда объявили результаты измерений в ноябре 1919 года, стал очев перезапуск всей предшествующей «философии вселенной».

За прошедшее столетие гравитация Эйнштейна прошла множество дополнительных испытаний, таких, как обнаружение гравитационных волн в 2016 году. Но все же невозможно проверить теорию, которая оперирует космологическими масштабами. Или в условиях чрезвычайно высокой плотности массы. Парадокс: существование «черных дыр» необходимо для доказательств ОТО, но предлагаемые уравнения не имеют смысла, поскольку должны оперировать «бесконечной» плотностью вещества.

Шутки ради, путешествие во внутреннюю часть черной дыры для проверки ОТО - плохая стратегия. Что не отрицает других возможностей исследовать сферы довольно сильной гравитации В том числе при помощи сети телескопов. Тогда все получаемые данные относятся исключительно к области горизонта событий. Все остальное — лишь математическая модель, предположение о предположении при условии правильности исходной теоретической базы. В астрофизике это называется «истина».

Гравитационные волны в такой версии могут также появляться в экстремальных условиях, например, при столкновении двух черных дыр. Анализ пространственно-временных пульсаций, возникающих в результате таких столкновений, продемонстрирует работоспособность всей теории (при условии что мы верно истолкуем зафиксированные эффекты).

Если общая теория относительности потерпит неудачу, множество конкурирующих теорий гравитации, предложенных в последние десятилетия, актуализируются мгновенно. Большинство из них сводятся к добавлению новой физической силы в природный репертуар гравитации, электромагнетизма, сильных и слабых ядерных сил. Помимо гравитации, три другие известные силы точно описываются «стандартной моделью», набором уравнений, которые подчиняются требованиям квантовой механики. Однако ОТО не учитывает квантовую математику, поэтому уже давно ведутся серьезные исследования по разработке теории, объединяющей гравитацию и микромир.

Большинство экспертов считают, что такая объединяющая теория повлечет за собой какую-то модификацию общей теории относительности.

Одним из способов модификации - появление нового энергетического поля, пронизывающего пространство. Сила такого поля в разных местах может изменить предсказания относительно поведения материи. Физика в той или иной мере остается в парадигме эфира. За прошедшие 2500 лет в этом плане ничего не произошло. Мы топчемся на одном месте.

Некоторые теоретики предложили дополнительный источник деформации пространства-времени - новый слой геометрии, считая его более плодотворным подходом. Есть другие предложения, такие, как теория суперструн, но все сводится к добавлению пятой силы, читай, эфира. В лучшем случае мы имеем дело с оккамовской ловушкой, придумывая новые сущности, но не понимая технологической ограниченности наших измерений.

Пока что тесты, ищущие признаки новой пятой силы, ничего не дали. Они были проведены в относительно небольших масштабах (по сравнению со вселенной в целом). Возможно, в этих тестах преобладает понимание «классической» теории относительности, потому что другие физические эффекты маскируют или экранируют отклонения, которые предположительно вызывает пятая сила. Замеров в больших масштабах провести очень сложно, непонятна еще и методология обработки полученных результатов.

Другой проверяемый принцип общей теории относительности - это требование распространения гравитации со скоростью света. Предполагается, что Гравитационные волны дали возможность наблюдать слияние двух нейтронных звезд в 2017 году. Известно, что рентгеновское и гамма-излучение движутся с одинаково. В то же время скорости электромагнитных и гравитационных волн также соизмеримы (в пределах квадриллиона км), что исключает многие альтернативные теории, которые предсказывали различие между этими явлениями.

Основная проблема для физиков состоит в том, что иных, кроме электромагнитных, приборов, у них нет. А на сколько адекватным является наше "волновое" восприятие действительности — вопрос философский. Мы ведь дальтоники и полуслепые по большому счету...

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2020-01-19 Раздел:Астрономия