Общая теория относительности самая успешная гравитационная теория, хорошо подтверждённая наблюдениями. Многие наблюдения и эксперименты подтвердили значительное количество предсказаний теории, включая гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержку сигнала в гравитационом поле и, пока лишь косвенно, гравитационное излучение. Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности существования чёрных дыр.
На самом деле результаты, которые предсказывает общая теория относительности, заметно отличаются от результатов, предсказанных законами Ньютона, только при наличии сверхсильных гравитационных полей. Это значит, что для полноценной проверки общей теории относительности нужны либо сверхточные измерения очень массивных объектов, либо черные дыры, к которым никакие наши привычные интуитивные представления неприменимы. Так что разработка новых экспериментальных методов проверки теории относительности остается одной из важнейших задач экспериментальной физики.
ГЛАВА I. ПЕРЕХОД ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА К СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА.
Теория электромагнитного поля Максвелла. Эта теория представлена в сжатой и простой (изящной) форме в виде шести уравнений в частных производных. Система взглядов, которая легла в основу уравнений, получила название теории электромагнитного поля Максвелла.
Среди постоянных величии, входящих в уравнение Максвелла, была константа с. Применив уравнение к конкретному случаю, Максвелл нашел, что она точно совпадает со скоростью света. Свет имеет электромагнитную природу, что световой поток — это поток электромагнитных волн. В световых волнах колебания совершают напряженности электрического и магнитного полей, а носителем волны служит само пространство, которое находится в состоянии напряжения.
Открытие Максвелла сравнимо по научной значимости с открытием закона всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобщего закона тяготения, труды Максвелла — к введению понятия электромагнитного поля и электромагнитной природы света. Работы Максвелла привели ученых к признанию нового типа реальности — электромагнитного поля, которое не совместимо с материальными точками и вещественной массой классической физики. Поле — это новая фундаментальная физическая реальность. Поэтому представления о поле должны выступать в качестве первичных, исходных понятий. Как отмечал А. Эйнштейн, электромагнитное поле не нуждается даже в эфире, поскольку поле само является фундаментальной реальностью.
В работах по принципиальным вопросам физики А. Эйнштейн ввел понятие «программа Максвелла», которую толковал как «полевую программу». Сам Эйнштейн стоял на позициях полевой программы и до конца своей жизни стремился построить единую теорию поля, хотя и безуспешно.
В конце XIX века теория Максвелла стала играть ведущую роль в физике, и вместе с тем она вступила в противоречие с МКМ. Вместо принципа дальнодействия она выдвинула и обосновала прямо противоположный принцип близкодействия, согласно которому силовое действие передается от точки к точке. Скорость света включена в новую теорию, что хотя бы в скрытой форме противоречит бесконечно большим скоростям, допускаемым в классической физике. Наконец, открыт новый тип физической реальности — поле, которое не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. Если к этому добавить обнажившиеся противоречия и слабые стороны самой классической физики, то станет понятно, что в конце XIX века стремительно нарастал кризис механистической научной картины мира.
С конца XIX — начала XX века ученые приступили к изучению качественно новых объектов в сравнении с классической физикой, и на этой основе был получен целый ряд принципиально новых результатов, позволивших дать новое истолкование некоторым базисным понятиям.
Первое и, по-видимому, самое мощное влияние на перестройку НКМ оказала теория относительности выдающегося физика-теоретика XX столетия Альберта Эйнштейна (1879−1955).
Поскольку в теории относительности Эйнштейна большую роль играет принцип относительности движения в формулировке Ньютона, то полезно еще раз привести ее. Впервые этот принцип ввел Галилей, о чем говорилось выше. С учетом идей Декарта Ньютон уточнил и расширил формулировку Галилея. В частности, в качестве систем отсчета он брал не тела, а декартову систему координат.
Среди систем отсчета выделяют инерциальные, особенность которых состоит в том, что для них выполняется принцип относительности движения.
Принцип относительности движения означает, что во всех инерциальных системах отсчета механические процессы инвариантны. Иначе говоря, два наблюдателя в одной и другой инерциальной системе отсчета увидят, что в их системах физические процессы протекают одинаково. Это означает также, что переход от одной инерциальной системы отсчета к другой осуществляется по правилам галилеевых преобразований, рассмотренных выше. И наоборот, если при переходе от одной системы отсчета к другой правила галилеевых преобразований не выполняются, то и принцип относительности движения не выполняется, поэтому такие системы отсчета не будут инерциальными. Таким смыслом наполнен принцип относительности движения в классической механике.
