§ 2. Научная революция в физике и космологии. Эйнштейн

Из утверждения о принципиальной неощутимости движения Земли относительно мирового эфира Эйнштейн сделал революционный вывод: такой абсолютной системы отсчета вовсе не существует и вообще отказался от идеи мирового эфира. Вместо этого он, обобщая принцип относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем в отношении любых физических процессов. В преобразованиях Лоренца, как показал Эйнштейн, отражаются не реальные изменения неких абсолютных размеров тел при их движении, а лишь тот факт, что сам результат измерения размера тела зависит от движения системы отсчета. Таким образом, относительными становились сами понятия «длина» и «промежуток времени» между событиями, даже одновременность событий, иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство и время, рассматриваемые по отдельности. Абсолютным физическим объектом у Эйнштейна становится четырехмерное пространство-время. Кроме того, он постулировал постоянство скорости света в вакууме (независимость ее от движения наблюдателя и излучающих тел) и пришел к выводу, что скорость света является максимальной для всякого физического взаимодействия.

Одним из фундаментальных выводов СТО было знаменитое соотношение E = mc², которое открывало совершенно новые перспективы для решения проблемы источника энергии излучения звезд.

В 1916 г. Эйнштейн завершил создание общей теории относительности (ОТО), которая стала обобщением ньютоновской теории тяготения (специальная теория относительности вошла в ОТО как частный случай). Новая теория утверждала глубокую связь между пространством, временем и тяготением. В ней ньютоновское тяготение получало объяснение как эффект движения тела в пространстве, искривленном влиянием других масс. Первым успехом ОТО стало объяснение открытой еще в 1859 г. и непонятной в рамках ньютоновской теории возмущенного движения дополнительной скорости движения перигелия Меркурия (около 43″ в столетие). К. Шварцшильд (1873—1916) получил первое точное решение уравнений Эйнштейна, которые связывают геометрические свойства, или метрику четырехмерного искривленного пространства-времени со свойствами заключенной в нем материи.

Поскольку тяготение распространялось и на свет как поток фотонов, то из общей теории относительности следовало, что луч света, проходя вблизи звезды, должен искривляться в направлении этой звезды. Последнее действительно было обнаружено во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г. А.С. Эддингтоном и Ф.У. Дайсоном, которые впервые подтвердили предсказанное ОТО отклонение луча света от прямолинейного пути вблизи Солнца.

Таким образом, физика, зародившаяся некогда как «космофизика», вновь возвращалась к своим космическим масштабам: следствия новых физических теорий — СТО и ОТО — впервые могли быть проверены в явлениях именно таких масштабов.

В свою очередь ОТО стала фундаментом для выявления новых свойств и закономерностей Вселенной в самых крупных масштабах и создания релятивистской космологии.