Теории всего на свете

Объяснение Эйнштейна, почему гравитация универсальна

Древние греки полагали, что тяжелые предметы падают на землю быстрее, чем легкие. Для этого существуют веские основания, потому что тяжелый камень падает быстро, в то время как лист бумаги медленно планирует на землю. Но мысленный эксперимент Галилея обнаружил просчет в этом рассуждении. Представьте, что вы берете лист бумаги и привязываете его к камню. Вместе они тяжелее, чем каждый по отдельности, и должны падать быстрее. Но на практике лист бумаги задерживает падение камня.

Галилей утверждал, что скорость падения предметов – универсальное качество, не зависящее от их массы и строения, если отбросить сопротивление воздуха. Дейв Скотт, астронавт «Аполлона‑15», находясь на поверхности Луны почти в вакууме, проиллюстрировал эту точку зрения. Он уронил перо и молоток – как и предсказывал Галилей, они упали с одинаковой скоростью.

Многие ученые задумывались над тем, почему так происходит. Частицы в электрическом поле ведут себя не так, как в гравитационном. Они все делают по-разному: положительно заряженные частицы движутся в одном направлении, отрицательно заряженные – в другом, а нейтральные остаются на месте. А вот гравитация универсальна – все объекты реагируют на нее одинаково.

Размышление над этой проблемой привело Эйнштейна к тому, что он назвал «самой счастливой мыслью в моей жизни». Представьте себе астронавта в космическом корабле без иллюминаторов или другой возможности увидеть окружающий мир. Если корабль летит вдали от звезд или планет, все предметы внутри него находятся в состоянии свободного падения – отсутствует гравитационное поле, которое двигало бы их в определенном направлении. Теперь поместите корабль на орбиту крупной планеты, обладающей значительной гравитацией. Предметы внутри корабля по-прежнему будут находиться в свободном падении, потому что гравитация действует на них одинаково – ни один не движется вперед или в сторону от другого. Наблюдая только за тем, что происходит внутри корабля, мы не сможем обнаружить существование гравитации.

Эйнштейн, благодаря своей гениальности, сделал суще ст венный вывод из подобного положения вещей. Если гравитация действует на все объекты одинаково, то не следует рассматривать ее как «силу» вовсе. Предпочтительно считать гравитацию свойством пространства-времени, сквозь которое они перемещаются. Точнее, гравитация – искривление пространства-времени. Пространство и время, сквозь которые мы движемся, не постоянны, как полагал Ньютон, – они сжимаются и растягиваются под воздействием материи и энергии. В результате объекты движутся в различных направлениях, подталкиваемые искривлением пространства-времени, – явлением, которое мы называем гравитацией. Таким образом, с помощью непревзойденной физической интуиции Эйнштейн сумел решить задачу, оста вавшуюся без ответа со времен Галилея.