Всем нам со школы известно о том, что параллельные прямые не пересекаются и никогда не пересекутся. Так уж устроен мир, на то они и параллельные прямые. Однако согласно теории относительности Альберта Эйнштейна мир устроен не совсем так, в нём наблюдается искривление пространства, так что две прямые, которые на данном участке пространства параллельные, на каком-то отрезке своей протяжённости, могут пересекаться. Недавно предположение Эйнштейна об искривлении пространства было подтверждено экспериментально.
Лобачевский «разбудил» Эйнштейна
Сложно сказать, было ли влияние русской науки на Эйнштейна непосредственным, когда он создавал свою теорию относительно и одной из её частей сделал утверждение об искривлении пространства. Но то, что русский математик Николай Лобачевский, создавший неевклидову геометрию в первой половине XIX века, был в этом плане прямым предшественником Эйнштейна – факт. Часто Лобачевского преподносят как человека, в геометрической системе которого параллельные прямые пересекаются. Это не совсем точный взгляд на вещи. В действительности главным пунктом геометрии Лобачевского является отрицание аксиомы Евклида о параллельных прямых: через точку, не лежащую на данной прямой, проходит не более одной прямой, лежащей с данной прямой в одной плоскости и не пересекающей её. Согласно аксиоме Лобачевского, через точку, не лежащую на данной прямой, проходят, по крайней мере, две прямые, лежащие с данной прямой в одной плоскости и не пересекающие её.
Сам Лобачевский утверждал, что подтверждение этой аксиомы можно найти только опытным путём, например, в результате астрономических наблюдений. Впоследствии выяснилось, что он был прав – именно астрономическими наблюдениями и космическими исследованиями и была доказана составная часть теории относительности Эйнштейна, повествующая об искривлении пространства: любая материальная масса искривляет окружающее её пространство, делает его нелинейным. Но опытным путём доказать возможность искривления пространства сумели лишь в XXI веке.
Доказательство искривления пространства
В 2004 году именно для проверки общей теории относительности Эйнштейна в той её части, которая касается искривления пространства вблизи тел с большой массой американскими учёными был запущен спутник Gravity Probe B. На спутнике были установлены беспрецедентно точные гироскопы, сам же аппарат был постоянно нацелен на расположенную на определённом расстоянии от Земли звезду в качестве опорной точки. Аппаратура спутника улавливала дрейф оси гироскопов с погрешностью в десятитысячные доли угловой секунды. Спутник завершил свою работу в 2005 году, но понадобилось около шести лет для того, чтобы проанализировать все данные, учесть все привходящие факторы и помехи и перепроверить расчёты. В результате в мае 2011 года было объявлено, что наша планета действительно искривляет пространство вокруг себя в полном соответствии с уравнениями теории относительности.
Спутник Gravity Probe B совершал полёт на высоте 642 километра от поверхности земли, благодаря чему длина окружности его орбиты превышала сорок тысяч километров. Показатели сверхточных гироскопов спутника продемонстрировали, что фактическое расстояние, которое пролетал спутник по своей орбите было на три сантиметра меньше, чем следовало из расчётов согласно законам евклидовой геометрии. Так произошло потому, что масса Земли, условно, «прогибает» пространство, создавая «впадину» и нарушая плоскую линейную геометрию космического пространства. Это явление называется геодезическим эффектом, и оно проявилось в постепенном повороте оси гироскопа в плоскости орбиты спутника. В классической теоретической модели космического пространства участок космоса, где нет планеты, с условным кругом диаметром, равным диаметру Земли, будет иметь такую же, как у Земли, длину окружности – около сорока тысяч километров. В данном случае гироскоп, проходя по этой окружности, постоянно сохранял бы свои показатели, то есть ориентацию оси. Но в реальных условиях, когда в этом участке космоса находится планета с характеристиками, равными характеристикам Земли, она продавливает пространство в своего рода конус. Это и дало уменьшение орбиты спутника на три сантиметра, а ось его гироскопа по мере прохождения орбиты всё время отклонялась на небольшой угол.
Кроме того, был зафиксирован и второй эффект, следовавший из теории относительности: явление увлечения инерциальной системы координат вращающейся Землёй, что приводило к медленному отклонению оси вращения гироскопа в экваториальной плоскости.
Александр Бабицкий
