Революционные идеи Специальной Теории Относительности (СТО) перевернули физику начала ХХ века.

Но законы СТО действуют только в инерциальных системах — то есть тех, что движутся прямолинейно и равномерно. С таким движением мы встречаемся редко. Корабль Галилея плывёт под порывами ветра то быстрее, то медленнее. Трамвай Эйнштейна замедляет движение у остановок. Иначе говоря, эти системы меняют скорость — а об этом СТО уже ничего не говорит. Как же быть в этом случае?

Поиски ответа на этот вопрос заняли у Эйнштейна больше десяти лет.

Эйнштейн не ощущает разницы между пребыванием в движущемся лифте на Земле и перемещением в ракете

Если корабль Галилея или трамвай Эйнштейна начнут быстро набирать скорость, то они сразу это почувствуют. Эйнштейна начнёт прижимать к спинке кресла, а капли из бочки Галилея станут падать чуть в сторону. Совсем так, как если бы на них действовала дополнительная сила тяжести, гравитация, направленная куда-то назад против движения. «Постойте,— осторожно заметил Эйнштейн,— может быть, ускорение и гравитация — это вообще одно и то же»?

Эйнштейн не ощущает разницы между пребыванием в стремительно падающем лифте на Земле и плавающей в космосе ракете

Закон тяготения, как известно, сформулировал великий учёный Исаак Ньютон. Гравитация рассматривалась в нём как сила, хотя и довольно странная. Еще Галилей проводил эксперименты, скатывая шары по наклонной плоскости и показав, что скорость их ускорения в поле тяжести Земли не зависит от массы самих шаров. Разве это логично, ведь более тяжёлый предмет должен разгоняться медленнее?..

По мере движения лифта вверх, луч фонарика опускается вниз

Это уж совсем непонятно, ведь свет «ничего не весит». Частицы света — фотоны — вообще не имеют массы покоя. И уж если мы говорим, что ускорение и гравитация — это одно и то же, то точно также фотоны должны отклоняться и в поле тяжести. Что же это за странная сила такая? Фотоны отклоняются, хотя гравитация действовать на них не должна… «А постойте! — прерывает нас Эйнштейн. — Давайте перевернём всё с ног на голову. Может, на самом деле гравитация — никакая не сила?».

Как в прошлый раз Эйнштейн расправился с неизменным временем, так теперь уничтожил прямолинейное пространство. «Давайте перевернём всё с ног на голову! — воскликнул он. — Может, на самом деле, и шляпа, и фотоны в лифте всё равно движутся прямолинейно и равномерно»? «Но как такое возможно? — удивимся мы. — Если мы бросим в Ньютона яблоко, оно полетит по дуге, ведь его притягивает Земля. “Именно,— согласится Эйнштейн. — просто само прямолинейное пространство возле тела, обладающего массой, искривляется”.

Чем больше масса объекта, тем сильнее она искривляет пространство время

Общая Теория Относительности (ОТО), в отличие от специальной, действует и для инерциальных систем, движущихся прямолинейно и равномерно, и для тех, что ускоряются — неинерциальных. И эта вторая революция Эйнштейна полностью меняет старые представления о пространстве. Вернее, о едином взаимосвязанном пространстве-времени. Яблоко летит в Ньютона по прямой. Свет устремляется к противоположной стене ускоряющегося лифта по прямой. Земля движется вокруг Солнца по прямой. Только эта прямая проходит через деформированное массой (или ускорением, или другим видом энергии импульса) пространство и время.

Вместо ровного и устойчивого, как кристалл, мироздания Эйнштейн подарил нам гибкий, волнующийся океан. 

Чтобы понять эту картину, легче всего представить себе пространство-время как туго натянутую сетку. Достаточно положить на неё тяжёлый кирпич, чтобы сетка деформировалась, нити растянулись, и шарик, отправленный в путешествие вдоль одной из них, начал отклоняться: ведь сама нить нашего условного «пространства» перестала быть прямой.

Разумеется, в изложении ОТО, которое Эйнштейн представил в 1915 и 1916 годах, всё выглядело куда солиднее. Целые листы его статей пестрят зубодробительными формулами, причём предсказания их проверены и сбылись с огромной точностью. Например, астрономы действительно наблюдают отклонение света далёких галактик, пролетевшего мимо больших и массивных звёзд. Известно множество невероятно тяжёлых и плотных объектов, гравитация которых деформирует пространство-время настолько сильно, что даже свет не может покинуть эти окрестности — чёрных дыр. Но, казалось бы, какое отношение они имеют к нашей реальной жизни, к настоящим кораблям, трамваям и лифтам?

Физик Оскар Майер говорил, что «нет ничего более практичного, чем хорошая теория», и жизнь это неизменно подтверждает. Механика Ньютона позволила строить высотные дома и большие корабли. Уравнения Максвелла подарили нам целое море электричества, трамваи, лифты и всё, что работает на нём. Без СТО Эйнштейна не действовали бы системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС. Возможно, и Общая Теория Относительности окажется полезной раньше, чем это может показаться.

Солнце массивно настолько, чтобы искривить окружающее пространство-время до такого размера, что звёздный свет, проходящий близко, отклонён достаточно, чтобы заставить звезду появиться в положении, немного отличающемся от его фактического положения. Британский физик Артур Эддингтон подтвердил это предположение общей теории относительности в 1919 г. во время солнечного затмения.

В начале 2016 года — 101 год спустя после появления первой эйнштейновской статьи, посвящённой ОТО,— бельгийский профессор Андрэ Фуцфа заявил, что уже сегодня мы можем манипулировать гравитацией, деформируя пространство-время по собственному желанию. Для этого учёный хочет использовать сверхмощные магниты: ведь притяжение создаёт не только масса, но и любая форма энергии. По его расчётам, людям под силу создать установку, которая сможет генерировать электромагнитное поле, способное «подкорректировать» гравитацию. Не слишком, но достаточно заметно для того, чтобы это сказалось на поведении отдельных элементарных частиц.

Как знать, быть может, через несколько десятков лет мы научимся управлять гравитацией и для более крупных, макроскопических предметов, легко поднимая «антигравитационным лифтом» целые горы… Во всяком случае, две революции Эйнштейна проложили к этому самый прямой путь, какой только может быть в нашей искривлённой Вселенной.