Недоказанная относительность

Чем знаменит Альберт Эйнштейн? Ответ для многих кажется очевидным. Конечно, теорией относительности. При этом все дружно забывают (или не знают), что гений 20-го века получил Нобелевскую премию за описание явления фотоэффекта. К слову, Эйнштейн сделал многое для науки, но стал известен в основном из-за спорных теорий.

Вы думаете, у великого ученого была только одна теория относительности? Нет, их у него было две. Первая - это специальная теория относительности, вторая - общая теория относительности. Если первую способны понять даже школьники (основы этой теории мы изучали на уроках физики в старших классах), то вторую с трудом понимают и, надо отметить, по-разному понимают даже ученые, так называемые специалисты в области гравитации.

Обе теории до сих пор вызывают яростные споры в научном мире. Некоторые ученые и вовсе считают их неверными. Вызывают дискуссии и вопросы авторства теорий. Считается, что в создании специальной относительности участвовали многие ученые, а все лавры достались почему-то Эйнштейну. Основные формулы этой теории принадлежат перу нидерландского физика-теоретика Хендрика Лоренца. Они, кстати, так и называются - формулы Лоренца для преобразований длины и времени. Но тут тоже не все просто. Есть доказательства, что формулы преобразований Лоренца, на самом деле, открыл другой ученый - ирландский физик Джордж Фицджеральд. Сам принцип относительности сформулировал еще Галилео Галилей. А французский ученый Анри Пуанкаре все объединил в единое целое, создав собственно специальную теорию относительности, позволив "присвоить" авторство Эйнштейну, открывая тем образом дорогу более молодому ученому. Говорят, что главная заслуга Эйнштейна в том, что он сделал последние штрихи, убрал из теории понятие эфира, некой вездесущей субстанции, пронизывающей мир. Кстати, эфир господствовал в науке долго - более века. Несмотря на споры вокруг специальной теории относительности, эта теория все же "работает" и подтверждена неоднократно и достоверно на практике. Поэтому претензии к ней необоснованные. И, может, именно Эйнштейн сделал нечто, отчего теория "заработала" и получила известность.

Гораздо больше споров, можно даже сказать, сражений вызывает общая теория относительности, которую еще называют теорией гравитации Эйнштейна. Опять же вопрос с авторством: ведь Эйнштейн использовал в этой теории Риманову геометрию, и она стала основой для общей относительности. Но все-таки "вдохнул жизнь" в теорию опять же Эйнштейн.

Из общей теории относительности вытекают сингулярности, которые сейчас ученые называют черными дырами. И вот в эти черные дыры Эйнштейн как раз и не верил, считая, что в природе не могут существовать подобные сингулярности. Но сторонникам гения настолько понравилась идея фантастических объектов, скрывающихся в глубинах Вселенной, что они быстро забыли про разочарование Эйнштейна и стали искать черные дыры везде. Сейчас в их существовании уже мало кто сомневается. Но, что интересно, их присутствие в космосе окончательно пока не доказано. Да, периодически находят объекты, похожие на те самые черные дыры. Но никто не исследовал, действительно ли они обладают теми экзотическими свойствами, которые следуют из общей теории относительности. Они же так далеко от нас.

На самом деле, общая теория относительности имеет еще и другие противоречия. В частности, согласно этой теории, вся гравитация - фундаментальная сила природы - сводится к геометрии, причем очень сложной. Риманова геометрия, которая лежит в основе общей относительности - это вам не простая Эвклидова геометрия, которую мы изучали в школе. От одних тензоров может потемнеть в глазах.

А теперь переходим к самому главному. Почему ученые (во всяком случае большинство) уверены в верности общей относительности? Все дело в том, что в науке критерием истины является эксперимент. Так вот, общая теория относительности неоднократно подтверждалась в ряде экспериментов. Но!

Но, во-первых, все эти эксперименты также могли подтвердить и другие, альтернативные теории гравитации. Во-вторых, все эти эксперименты были лишь косвенными. Прямые эксперименты так и не были проведены.

Каким же должен быть прямой эксперимент по проверке общей теории относительности? Дело в том, что главный вывод этой теории - замедление времени с усилением гравитации, то есть вблизи тяжелых космических объектов. Получается, что если мы взлетим на ракете в околоземную орбиту, где царит невесомость, то часы там должны идти быстрее, чем на поверхности Земли. Более того, даже на высоте от земной поверхности в 100 метров можно измерить этот эффект.

Можно измерить, но так и не измерили. Были попытки в 1971 в эксперименте Хафеле и Китинга. На самолеты загрузили четыре комплекта цезиевых атомных часов, которые облетели земной шар в разных направлениях. Затем показания этих часов сравнили с подобными устройствами, оставшимися на военно-морской обсерватории США. Перелёты выполнялись на обычных авиалайнерах регулярными коммерческими авиарейсами. В результате было обнаружено, что часы на самолетах шли быстрее. Вроде бы, вот он, тот самый прямой эксперимент, который должен был доказать истинность общей теории относительности. Но все не так просто.

Во-первых, результаты эксперимента не были опубликованы в каком-либо научном журнале. Во-вторых, атомные часы - это чрезвычайно чувствительные устройства, которые могут запросто "сбиться" от тряски в самолете. Во-третьих, в те годы еще не было атомных часов необходимой точности. Та точность, которая была лучшей для 1970-х, оказалась недостаточной для проведения сверхточного эксперимента. Очень странно, что научный мир не обратил внимание на такие грубые промахи, которые не допустимы для серьезных выводов.

И вот, спустя почти 50 лет, в апреле 2020 года научный мир облетела новость. На первом и последнем этажах телевизионной башни Tokyo Sky Tree в Японии установили атомные часы. Разность высот между верхними и нижними часами была вполне приличной - 450 метров. Часы на крыше шли на 5 стотрилионных долей секунды быстрее, чем часы с первого этажа. А за сутки они убежали вперед на 4,3 наносекунды. Результаты были опубликованы в специализированном журнале Nature Photonics. Вроде бы, вот оно настоящее доказательство общей теории относительности! Если бы не одно "но". Очень серьезное "но". Те часы в японском эксперименте были оптическими. А, значит, они измеряли не время, а так называемое "гравитационное красное смещение", что не имеет ничего общего с "тиканьем часов". К слову, такой эксперимент также доказывает "истинность" и некоторых других, альтернативных теорий гравитации. Что называется, опять двадцать пять. Общая теория относительности опять не имеет прямого подтверждения.

В науке часто господствовали некие теории, которые через некоторое время рушились под натиском новых данных. Такая ситуация, к сожалению, типична для ученого мира. И самое грустное, что пока некая неверная теория господствует, она сильно тормозит развитие науки. Но приходит время, "истинное время", и все становится на свои места.