Деформация пространства-времени — откуда она берется? Как гравитация влияет на пространство и время

Теория относительности Альберта Эйнштейна предсказывает, что гравитация заставляет пространство-время искривляться. Каждая масса изменяет траекторию ближайших тел. Это также замедляет время вокруг нее.

Благодаря работе ученых мы знаем, что нарушение орбиты Меркурия вызвано гравитационным искривлением пространства-времени Солнца . Также наблюдалось гравитационное замедление времени вблизи Земли . Также ему удалось доказать, что существуют гравитационные волны , то есть волны самого пространства-времени. Они вызваны, в том числе, сталкивающиеся черные дыры — то есть объекты, искривляющие пространство-время настолько, что ничто не может выйти из их окрестности.

Кривизна пространства-времени — теория Эйнштейна

С точки зрения физики гравитация — это форма пространства-времени , то есть всего, что нас окружает. Пространство-время — это три пространственных измерения и время, которое мы рассматриваем как четвертое измерение. Каждая масса приводит к искривлению пространства-времени . Это вызывает в нем «депрессию» — растяжение и трехмерного пространства, и времени.

Представьте себе двухмерную плоскость, например, натянутую резиновую диафрагму. Если мы положим на нее тяжелый шар, то поверхность прогнется и меньшие шарики, находящиеся рядом, будут «притягиваться» к большему. То же самое происходит и во Вселенной , за исключением того, что мембрана представляет собой четырехмерное пространство-время.

Деформация пространства-времени — черные дыры

Чрезвычайно сильное искривление пространства-времени происходит в черных дырах . Черные дыры образуются, когда умирает массивная звезда. Пространство-время, которое они занимают, обладает настолько сильной гравитацией, что ничто, включая свет, не может от нее ускользнуть. Черная дыра окружена поверхностью, называемой горизонтом событий, которая отмечает границу невозврата. Его можно сравнить с колодцем. Кривизна пространства-времени здесь настолько велика, что ничто не может ее преодолеть.

Черная дыра искривляет не только пространство вокруг себя, но и время. Время замедляется с ней примерно в тысячу раз.

Внутри черной дыры существуют еще более экстремальные условия. Его гравитация, вероятно, сжимает всю материю и энергию в одну точку. Кривизна пространства-времени становится здесь такой огромной, что так называемое необычность.

Черные дыры обладают еще одним замечательным свойством. Они показывают происходящее на их стороне, физически удаленной от наблюдателя. Огромная гравитация черной дыры приводит к такому искривлению пространства-времени, что мы получаем фотоны с той стороны черной дыры, которая обращена от нас. Если бы мы были на таком расстоянии от черной дыры, то могли бы видеть свою спину по той же причине!

Деформация пространства-времени — телепартикуляризм

Наблюдая за кружащимися вокруг них массивными объектами, ученые обнаружили, что в их окрестности происходит не только искривление пространства-времени, но и его «утягивание» или «блуждание». Это эффект Ленсего-Тирринга . Он основан на том, что вращающееся тело тянет за собой пространство-время, как вращающаяся ложка в меду.

Альберт Эйнштейн работал над другой математической моделью космоса, отличной от той, что описана в теории относительности . Ученый придумал, что масса не только искривляет пространство-время, но и искривляет его. Следовательно, пространство-время вокруг массивных тел должно как изгибаться, так и вращаться. Эйнштейн назвал эту теорию телепартикуляризмом .

Такое кручение пространства-времени массой объяснило бы не только гравитацию, но и, например, электромагнетизм . Однако, когда Эйнштейн опубликовал свою работу в 1928 году, он включил только гравитацию.

Деформация пространства-времени — червоточины

Эйнштейн также обнаружил, что черные дыры могут иметь два конца. Таким образом, они могли создать что-то вроде моста между двумя точками в пространстве-времени . Позже математики доказали, что если мы правильно искривим пространство-время, то сможем путешествовать из одной точки в другую. Теоретически человек мог пережить такое путешествие.

Такие червоточины называются червоточины (буквально «продырявленные червями»). Профессионально мы называем их мостами Эйнштейна-Розена . Это туннели, которые можно использовать для высокоскоростных межзвездных путешествий. Вспомним сравнение пространства-времени с резиновой диафрагмой. Когда мы делаем в таком листе углубление в виде шара и сгибаем его, мы можем «сокращать путь» в очень отдаленное место.