Световой луч в гравитационном поле. Гравитационное отклонение света

Любая теория справедлива в том случае, если ее следствия подтверждаются на опыте. Так было со многими известными теориями, в том числе с теорией ОТО Эйнштейна. Она была своевременным и необходимым этапом в физике и подтверждена многочисленными экспериментами. Существенным ее элементом было представление гравитации как искривление пространства, которое может быть описано различными метриками (геометрией пространства). Согласно искривлению пространства звездами, галактиками лучи света отклоняются гравитацией. Астрономические наблюдения блестяще подтвердили эту геометрическую концепцию. Искусственность ОТО до сих пор вызывает сомнение, неудовлетворенность у части физиков. Необходимо найти физическое обоснование наблюдаемым явлениям и вообще природе гравитации. Автором была высказана гипотеза о природе гравитации . Она основана на исследовании электрической компоненты структуры вакуума и в дальнейшем дополнена компонентой магнитного континуума. В таком виде физический вакуум представляет собой среду распространения электромагнитных волн (ЭМВ); рождения вещества при внесении в нее необходимой энергии; среду образования «разрешенных орбит» электронов в атомах, волновых свойств частиц и т.п.

Скорость света не является постоянной в космическом пространстве. Это составляет основное отличие теории вакуума теорий А. Эйнштейна . На основе астрономических наблюдений и теории структуры вакуума предлагается следующая формула для зависимости скорости света от ускорения силы тяжести:

α –1 = 137,0359895 – обратная величина постоянной тонкой структуры излучения;

r = 1,39876·10 –15 м – дипольное расстояние электрической компоненты структуры вакуума;

g [м/с 2 ] – локальное ускорение силы тяжести;

E σ = 0,77440463 [a –1 m 3 c –3 ] – удельная электрическая поляризация вакуума;

S = 6,25450914·10 43 [a ·s ·m –4 ] – деформационная поляризация вакуума.

Зная скорость света, измеренную в условиях Земли как 2,99792458(000000)·10 8 м/с, определим скорость по формуле (1) в открытом космосе с 0 = 2,997924580114694·10 8 м/с. Она мало отличается от земной скорости света и определяется с точностью до 9 знака после запятой. При дальнейшем уточнении земной скорости света произойдет изменение указанной величины для открытого космоса. Из волновой теории света Френеля и Гюйгенса известно, что коэффициент преломления при переходе из среды со скоростью с 0 в среду со скоростью с е равен

В нашем случае угол падения луча к нормали поверхности Солнца равен i 0 =90°. Для оценки величины отклонения света Солнцем можно привести две модели распространения света.

1. Модель преломления света при переходе из «пустого» полупространства в полупространство с солнечным ускорением силы тяжести 273,4 м/с 2 . Естественно, эта простейшая модель даст заведомо неверный результат, а именно: согласно приведенному коэффициенту преломления угол определяется как

13,53" (угловых секунд).

2. Более точную модель необходимо рассчитывать дифференциально-интегральным способом, исходя из функции распространения луча, в поле нарастающего и спадающего по закону 1/R 2 гравитационного потенциала Солнца. Помощь пришла совершенно с неожиданной стороны – из сейсмологии. В сейсмологии решена задача определения хода луча упругих волн в Земле из источника (землетрясение, подземный атомный взрыв) на поверхности и его угла выхода вплоть до противоположной стороны Земли. Угол выхода и будет той искомой аналогией отклонения Солнцем луча от источника либо на сфере, включающей орбиту Земли, либо на большом удалении от Солнца. В сейсмологии есть простая формула для определения угла выхода сейсмической волны через постоянный параметр луча

p = [R 0 / V (R )] · cos(i ) = const , где:

R 0 – радиус Земли; V (R ) – функция скорости упругих волн в зависимости от расстояния (радиуса от центра Земли); i – угол выхода.

Преобразуем сейсмологическую формулу для космических расстояний и скорости света:

M s – масса Солнца. R – переменный радиус сферы, в центре которой находится Солнце, определяемый вдоль луча до источника света, проходящего в непосредственной близости от Солнца; 2,062648·10 5 – перевод радиан угла в секунды.

Возникает вопрос о константе в этой формуле. Он может быть разрешен на основании мировых фундаментальных констант, хорошо известных науке. Опытная величина угла отклонения составляет 1,75".

На основании этой величины определяем, что

const = Δt const (M x R 2 sun / M sun R x 2) / (π · 137,0359) 2 .

Число π и обратная величина постоянной тонкой структуры являются фундаментальным константами нашего современного мира. Число Δt const = 1[s ] необходимо для внесения размерности. Отношение (M x R 2 sun / M sun R x 2) – введено для всех возможных масс во Вселенной и их размеров так, как это принято в астрономии: приводить все массы и размеры к солнечным параметрам.

На рис. 1 приведена зависимость угла отклонения луча света Солнцем в зависимости от расстояния до его источника.

Рис. 1. Зависимость угла отклонения луча света Солнцем от расстояния до источника вдоль трассы, проходящей рядом с Солнцем

Получили полное соответствие с точными опытными данными. Любопытно, что при перемещении источника внутрь сферы, отвечающей траектории Земли, угол отклонения луча Солнцем уменьшается по графику рисунка. К предсказанию данной теории можно отнести то, что луч света от источника на поверхности Солнца или вблизи отклонится только на 1,25".

Решение Шварцшильда:

Здесь R g = 2MG / c 2 – радиус Шварцшильда или гравитационный радиус.

Отклонение луча света i = 4MG / c 2 R = 1,746085", где R – прицельное расстояние, равное в нашем случае радиусу Солнца.

Формула (1) дает: i = 1,746054". Разница только в 5-м знаке.

1. Полученные результаты свидетельствуют, по меньшей мере, о непротиворечивости предлагаемой концепции. Образование в космосе так называемых «гравитационных линз» также объясняются зависимостью скорости света от гравитации.
2. В ОТО и в теории вакуума имеются одинаковые экспериментальные подтверждения.
3. ОТО является скорее геометрической теорией, дополненной законом тяготения Ньютона.
4. Теория вакуума имеет в своей основе только физические соотношения, которые позволили открыть гравитацию в виде поляризации вакуума в присутствии масс, которые испытывают притяжение структурой вакуума по законам индукции Фарадея.
5. ОТО исчерпала себя в возможностях развития физики, теория вакуума открыла возможность исследования вакуума в качестве природной среды и открывает пути для прогресса физики и технологий, связанных со свойствами вакуума.

В заключение приношу глубокую признательность астрофизику П.А. Тараканову за очень полезное замечание относительно переменной массы в формуле для луча отклонения, где можно заменять массу Солнца любой другой известной науке массой.

Литература

1. Рыков А.В. Начала натурной физики // ОИФЗ РАН, 2001 г., с. 54.
2. Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Элементы сейсмологии и сейсмометрии // Гос. тех.-теор. Издат, М.: 1955, с. 543.
3. Clifford M.Will. The Confrontation between General Relativity and Experiment // Preprint of Physical Reviewer (arXiv: gr- qc/ 0103036 v1 12 Mar 2001).

– VI –

Известие о благоприятном исходе для ОТО Эйнштейн узнал в начале сентября 1919 года. После публикации в лондонской «Таймс» научно-популярной статьи об искривлении луча света в поле тяготения Солнца, имя Эйнштейна стало известно широкой общественности. В конце этого месяца он отправил открытку в Швейцарию, в которой писал: «Дорогая Мама! Сегодня я получил радостное известие. Х.А. Лоренц телеграфировал мне, что английские экспедиции действительно доказали отклонение света вблизи Солнца…» .

Что творилось в ученом мире Великобритании в ноябре 1919 года, лучше всего передать словами Абрахама Пайса:

«После 1905 г., совершив два первоклассных чуда, Эйнштейн стал "блаженным". Состоявшееся 6 ноября 1919 г. совместное заседание Королевского общества и Королевского астрономического общества напоминало обряд конгрегации. В качестве постулатора выступал Дайсон, которому помогали адвокаты-прокураторы Кроммелии и Эддингтои. Выступавший первым Дайсон в заключение сказал: "После тщательного изучения фотопластинок я готов заявить, что расчеты Эйнштейна подтверждены. Получен совершенно определенный результат, в соответствии с которым свет отклоняется согласно закону тяготения Эйнштейна".

С дальнейшими разъяснениями выступил Кроммелин, после чего слово взял Эддингтон, заявивший, что результаты, полученные на Принсипи, подтверждают данные экспедиции в Собраль, и перечислил два несомненно установленных чуда, сотворенных Эйнштейном уже в ранге "блаженного": объяснение смещения перигелия Меркурия и искривления лучей света па угол (1,98 ± 0,30)" и (1,61 ± 0,30)"; такие результаты были получены соответственно в Собрале и на Принсипи.

"Адвокат дьявола" Людвик Зильберштейн выдвинул критические замечания: "Пока нет достаточных оснований утверждать, что искривление лучей света, наличие которого я признаю, вызывается тяготением". Он также требовал подтвердить наличие красного смещения: "Если красное смещение не удастся обнаружить (как было до сих пор), вся теория рухнет". Указывая на висящий в зале портрет Ньютона, Зильберштейн воззвал к конгрегации: "Память об этом великом человеке заставляет нас с огромном осторожностью относиться к попыткам изменить или полностью пересмотреть его закон тяготения".

Председательствовавший на заседании президент Королевского общества кавалер ордена "За заслуги" Джозеф Джон Томсон, выслушав петицию "instanter, instantius, instantissime", провозгласил буллу канонизации: "Это самый важный результат, полученный в теории тяготения со времен Ньютона, и весьма символично, что о нем объявлено на заседании общества, столь тесно связанного с именем великого ученого... Этот результат - одно из высочайших достижений человеческого разума".

Однако тот же Дж. Дж. Томсон писал: «Я должен признаться, что никому еще не удалось выразить ясным языком, что в действительности представляет собой теория относительности Эйнштейна». Это откровение самого именитого физика Британии привел Б.Г. Кузнецов , который, в свою очередь, взял его из биографии Эйнштейна, написанной Ф. Франком. Увы, официальная история физики пока пишется релятивистами, и мы не знаем истинного раздражения Дж. Дж. Томсона теорией относительности. Известно лишь, что ни СТО, ни ОТО он не принял, поскольку всю жизнь разрабатывал конструктивную теорию движущегося электрона, основанную на механической модели, в противовес формалистским теориям Эйнштейна, Лоренца и Пуанкаре, базирующихся на пространственно-временных спекуляциях.

Горожане на улице Нью-Йорка радостно приветствуют Эйнштейна. Основная цель его поездки в США (совместно с Х. Вейсманом) - сбор средств для строительства Иерусалимского университета. Он пробыл в Америке со 2 апреля по 30 мая 1921 года. За это время он прочел несколько популярных лекций по теории относительности в Чикаго, Бостоне и Принстоне, в Вашингтоне удостоился чести встретиться с президентом страны Гардингом. На обратном пути из Америки он останавливается в Англии и посещает могилу Ньютона.

Вообще, релятивистское учение не пользовалось большой популярностью у англичан, поскольку в их стране была слишком сильна классическая школа, заложенная Фарадеем и Максвеллом. Но после популяризации ОТО английскими астрономами, - Дайсоном, Кроммелиным и, особенно, Эддингтоном - положение дел существенно изменилось, правда, не в теоретическом плане. Рассказывают, что некий собеседник Эддингтона утверждал, будто входит в число трех ученых, которые действительно понимают теорию относительности Эйнштейна. Эддингтон задумался, а когда собеседник спросил его, над чем тот размышляет, Эддингтон ответил: «Я спрашиваю себя, кого вы имели в виду третьим».

Эйнштейн и Эльза в Японии. 8 Октября 1922 года он вместе с женой выехал из Марселя на Дальний Восток. Во время этой поездки он посетил Коломбо, Сингапур, Гонконг и Шанхай. В Японии он был с 17 ноября по 29 декабря. 9 Ноября ему присуждена Нобелевская премия. 10 Декабря в Стокгольме на торжественном вручении премии Эйнштейна представлял посол Германии Рудольф Надольны. На обратном пути из Японии Эйнштейн совершает 12-дневную поездку по Палестине, куда он пребывает 2 февраля 1923 года.

«Своей внезапной славой, - писали авторы "Частной жизни", - Эйнштейн обязан сочинителям эффектных заголовков для английский и американских газет. "Революция в науке", "Новая теория строения вселенной", "Ниспровержение механики Ньютона" - захлебывалась лондонская "Тамс" 7 ноября 1919 года. "Лучи изогнуты, физики в смятении. Теория Эйнштейна торжествует, - объявила "Нью-Йорк таймс" двумя днями позже» . В декабре 1919 году Эддингтон написал Эйнштейну: «...Вся Англия только и говорит о Вашей теории. Она произвела потрясающую сенсацию... Ничего лучшего с точки зрения научных связей между Англией и Германией и пожелать нельзя» .

8 Феврале 1923 года Эйнштейн становится первым почетным гражданином Тель-Авива. Летом этого года он помогает основать общество «Друзей Новой России», которое просуществовало 10 лет. В следующем году он становится членом еврейской общины Берлина и регулярно платит взносы. В Потсдаме начинает работать «Институт Эйнштейна», расположенный в «Башне Эйнштейна», в которой установлен «телескоп Эйнштейна».

Помощник Эйнштейна, польский математик Леопольд Инфельд, следующим образом обосновывал оглушительный успех у публики теории относительности. Рассказав о «великом предвидении», подтвердившемся в мае 1919 года, он написал:

«Так началась великая слава Эйнштейна. Она продолжалась в течение всей его жизни и, вероятно, будет лишь возрастать после его смерти. Однако тот факт, что теория относительности предсказала явление, столь же далёкое от нашей повседневной жизни, как эти звёзды, что она предвидела его на основании длинной цепи абстрактных аргументов - всё это не может, пожалуй, служить достаточным поводом для массового энтузиазма. Тем не менее, дело обстояло именно так. И мне кажется, что причины тут следует искать в послевоенной психологии.

Это произошло после окончания первой мировой воины. Людям опротивели ненависть, убийства и международные интриги. Окопы, бомбы, убийства оставили горький привкус. Книг о войне не покупали и не читали. Каждый ждал эры мира и хотел забыть о войне. А это явление способно было захватить человеческую фантазию. С земли, покрытой могилами, взоры устремлялись к небу, усеянному звездами. Абстрактная мысль уводила человека вдаль от горестей повседневной жизни. Мистерия затмения Солнца и сила человеческого разума, романтическая декорация, несколько минут темноты, а затем картина изгибающихся лучей - все гак отличалось от угнетающей действительности.

Существовала и еще одна причина, видимо, важнейшая: новое явление предсказал немецкий ученый, а проверили его английские ученые. Физики и астрономы, принадлежавшие недавно к двум враждебным лагерям, снова работают вместе. Может быть, это и есть начало новой эры, эры мира? Тяга людей к миру была, как мне кажется, главной причиной возрастающей славы Эйнштейна» .

Эту же мысль высказали авторы «Частной жизни», присовокупив к сказанному Инфельдом еще один немаловажный фактор - обаяние личности отца-основателя волшебной теории:

«Люди устали от войны, им хотелось отвлечься, и теория относительности стала темой номер один, сенсацией для массового читателя. Искривленное пространство и отклонение световых лучей были у всех на устах, эти слова, что бы они ни значили, завораживали публику. Всякому, кто когда-либо смотрел на ночное небо, оно казалось волшебным и полным тайн, и вот внезапно эти тайны оказались раскрытыми...

Разумеется, репортеры ринулись выяснять, какой человек стоит за новой сенсацией. И обнаружили, что им необычайно повезло. Вместо типичного седовласого академика их взору, предстал эксцентричный тип со всклокоченными волосами, дерзким обаянием и чувством юмора, переходящим в сарказм. Эйнштейн оказался эффектной и колоритной фигурой, он был фотогеничен, и вскоре представители прессы при каждом удобном и неудобном случае стали забрасывать его вопросами на самые неожиданные темы. "От меня хотят статей, заявлений, фотографий и пр., - писал он на Рождество 1919 года. - Все это напоминает сказку о новом платье короля и отдает безумием, но безобидным". Он вскоре ощутил себя Мидасом, но все, к чему он прикасался, обращалось не в золото, а в газетную шумиху.

Средства массовой информации создали Эйнштейну имидж мудреца и оракула, и теперь его внимания домогался весь мир. В течение следующих десяти лет он побывал в Скандинавии, в Соединенных Штатах Америки, в Японии, на Ближнем, Среднем и Дальнем Востоке, в Южной Америке и в Великобритании, где известный лондонский эстрадный театр "Палладиум" предложил ему сцену, чтобы он три недели вел собственную программу, а дочь Лорда Холдейна, под чьим кровом Эйнштейну предстояло жить, при встрече с ним упала в обморок.

Во время поездки в Женеву его осаждали толпы молодых девиц, одна из них даже попыталась вырвать у него прядь волос. В его честь называли сигары, младенцев, телескопы и башни, непрерывным потоком шли письма. Этому не суждено было иссякнуть никогда. Кто только не писал Эйнштейну: доброжелатели, религиозные психопаты, шарлатаны, просившие денег, общественные организации и движения, искавшие его поддержки, школьники и, наконец, одна маленькая девочка, задавшая вопрос: "А вы действительно есть?"» .

Человечество ненавидит разоблачителей религиозных культов, оно проклинает ученых, которые берутся доказывать не божественное происхождение Иисуса Христа. Но мы-то с вами, дорогой читатель, не религиозные люди и должны понимать, откуда проистекает «Истина» учения «Святого Альберта». Пусть в Израиле продолжают праздновать «День Науки» в день рождения Эйнштейна - 14 марта. Но нам россиянам, исследователям физического мира, не к чему вечно стоять у алтаря релятивистской церкви. Пора бы, наконец, погасить свечи, зажженные в эпоху явления народам Мессии. Пусть простой люд томится в ожидании второго пришествия, служителям науки нужно подумать над иным, не религиозным, объяснениям искривления лучей.

Критики результатов наблюдений указывают, что Эддингтон был слишком заинтересован в успехе теории относительности и потому не был объективен в отношении оценки экспедиции. В своем отчете, говорят они, он игнорировал звезды, отклонения которых не вписывались в нужные ему рамки. В Интернете можно найти, например, вот такие слова: «Эддингтон ограничился устным заявлением о верности ОТО, но не опубликовал ни анализа погрешностей, ни полученных им фотографий, ни методики отбраковки тех из них, которые были расценены как "плохие"». Из процитированного только что отчета следует, что это, мягко выражаясь, не совсем верно.

В отчете (п. 39) есть определенные указания на то, что

«При окончательном анализе всех результатов двух экспедиций наиболее значимыми следует считать те из них, которые получены при помощи четырехдюймового объектива в Собрале. … Полученные фотопластинки дают на основании склонений 1",94, на основании прямых восхождений 2",06». И далее: «Наблюдениям на Принсипи сильно мешала облачность. Правда, неблагоприятные обстоятельства частично компенсировались преимуществом крайне постоянной температуры на этом острове. Полученное там отклонение равно 1",61. Вероятная ошибка равна приблизительно ±0",30, так что вес этого результата значительно меньше, чем предыдущего».

Тем не менее, в Интернете бесконечное число раз цитируются дневниковые записи Эддингтона, находящегося в момент затмения на Принсипи, а именно следующее место:

«…Дождь окончился около полудня и примерно в 1: 30 мы увидели Солнце. Мы приготовили наши фотоаппараты, надеясь на случай. Я не видел самого затмения, будучи очень занят меняя фотопластинки, кроме одного взгляда, чтобы удостовериться, что оно началось, и полу-взгляда, чтобы оценить количество облаков. Мы получили 16 снимков, на которых Солнце получилось со всеми деталями, но облака закрывали звёзды. На последних нескольких снимках было несколько изображений звёзд, которые дали нам то, что нам было нужно …» [взято из Википедии, Эддингтон ].

Таким образом, у читателя этих строк создается превратное впечатление, будто из-за облачности проверка ОТО полностью провалилась. Это, конечно, не так. Известна телеграмма руководителя экспедиции в Собраль, которую никогда не цитируют критики: «Затмение превосходно. Кроммелин» . Так что если бы Эддингтон затмения в Принсипи вообще не наблюдал, результаты всё равно бы у него имелись.

Однако, можно ли выводы по результатам наблюдений 1919 года считать абсолютно безупречными с точки зрения экспериментальной науки 2009 года? Ни в коем случае, отвечает Геннадий Ивченков. Он утверждает, что и 90 лет тому назад, Эддингтон со своими товарищами поторопился с позитивной оценкой, подтверждающей ОТО.

Он уверен, что точность измерения порядка 0.1" ÷ 0.2" трудно достижима даже в начале 21-го века, о начале 20-го и говорить не приходится.

«При проведении измерений с такой точностью, - пишет Ивченков, - неизбежно "выплывает" большое число источников ошибок, систематических и случайных, которыми ранее, при измерении с точностями порядка 1", можно было пренебречь. Необходимо отметить, что современные астрометрические приборы, имеющие точность порядка секунды - всегда прецезионно-калиброванные с термостабилизированной камерой» .

Далее он почему-то навскидку оценивает диаметр объектива:

«Экспедиция была выездная, следовательно, они не могли взять телескоп с диаметром объектива, превышающим, например, 500 мм... По-видимому, диаметр зеркала телескопа не превышал 200 ÷ 300мм. Теоретическое значение кружка рассеяния для 300 мм телескопа равно 0.8", а разрешающая способность (теоретическая, по Рэлею) - 0.4"» .

Однако достоверно известно, что основной массив данных был получен с помощью четырехдюймового телескопа (т.е. чуть более 100 мм), установленного в Собрале. Следовательно, по расчетам Ивченкова, точность показаний должна быть намного хуже одной угловой секунды .

Следующей неприятной помехой при наблюдении звезд во времая затмения Ивченков называет дисторисию , разъясняя ее действие словами нашего отечественного авторитета:

«Дисторсия обычно не вредит наблюдателю, но становится очень опасной, если при помощи оптической системы производятся съемки, предназначенные для промеров (например, в геодезии или, особенно, в аэрофотограммометрии)". (Г. С. Ландсберг "Оптика" стр.309)».

Критик продолжает:

«Нескомпенсированная дисторсия приводит к подушко-образным искажениям, создавая впечатление выпуклого или вогнутого поля зрения. Таким образом, в первом случае звезды как бы разбегаются от центра, а во втором - сбегаются. Пока никому не удавалось скомпенсировать, в частности, дисторсию до суб-секундных значений даже для малых углов зрения. Таким образом, если использовать оптическую систему с нескомпенсированной дисторсией, то можно увидеть (и даже успешно измерить) всю кривизну метрики пространства-времени» .

За дисторисией Ивчинков указал на явление гидирования :

«Если во время экспозиции не использовался гидирующий механизм, компенсирующий суточное движение, то за 10 - 20 сек. экспозиции кружки рассеяния превращались в эллипс, вытянутый на 2,5 - 5" по эклиптике. Если этот механизм использовался, то очень сомнительно, что он имел суб-секундную точность» .

По оценке Ивчинкова, ошибка, вызванная гидированием, составит приблизительно 0.3".

Четвертым пунктом идет рефракция в атмосфере Земли:

«Опорная фотопластинка была снята в январе в Англии (угол эклиптики над горизонтом - 20 град.), а затмение снималось на экваторе в 13: 30, т.е. Солнце было в зените. Атмосферная рефракция при угле 10 град. над горизонтом составляет 5" 30", при угле 20 град. - 2"40", а в зените близка к нулю (см. таблицы Пулковской Обсерватории). Следовательно, в 4 град поле зрения (между 20 и 10 град азимута) присутствовала нелинейность порядка 80 ÷ 100", искажающая (растягивающая) вертикальный масштаб» .

Ниже автор статьи «Самое важное подтверждение ОТО или Что измерил лорд Эддингтон в 1919 году» проанализировал:

5. Звездную аберрацию.
6. Собственное движение звезд.
7. Точность, обеспечиваемая фотоматериалами в данных условиях.
8. Точность совмещения пластинок.
9. Точность считывания результатов.
10. Общие замечания по поводу применения фотоматериалов для анализа изображения.

После этого Ивчинков перечислил основные методические ошибки эксперимента:

• отсутствие калибровки телескопа и камеры,
• съемка опорной пластинки в другом месте,
• использование широкоугольного телескопа,
• использование неденситометрированных фотоматериалов низкого качества,
• ручная ("на глаз") обработка изображений.

Самыми грубыми и принципиальными из них являются последние три. Применение широкоугольного телескопа привело к необходимости измерения крайне малых линейных величин, а сами эти измерения были выполнены варварским методом.

Претензии, высказанные здесь, нужно, конечно, принять во внимание: указанные факторы, несомненно, могли повлиять на окончательные выводы представленного отчета. Ивчинков мог упустить из виду какие-то частности, но при этом он остается прав в главном: оптические явления, происходящие вблизи Солнца настолько сложны, что чисто гравитационные объяснения микроскопических отклонений лучей от звезд выглядят просто смехотворно.

Задайте себе вопрос: почему мы до сих пор обсуждаем результаты почти вековой давности? Где данные по самым последним затмениям Солнца? Если их нет в справочниках по наблюдательной астрономии, в которых из года в год вносятся уточнения по тем или иным параметрам, - значит, отклонения лучей вблизи массивных тел абсолютно не интересуют астрономов-практиков, и мы догадываемся почему.

1. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в 4-х томах. / Под ред. И.Е. Тамма, Я.А. Смородинского и Б.Г. Кузнецова. - М.: Наука, 1965.
2. Паунд Р.Ф. О весе фотонов. / УФН LXXII вып. 4 (1960) .
3. Окунь Л.Б., Селиванов К.Г., Телегди В. Гравитация, фотоны, часы. / УФН 169 (1999).
4. Soldner, J. G. v. "Ueber die Ablenkung eines Lichtstrahls von seiner geradlinigen Bewegung, durch die Attraktion eines Weltkörpers, an welchem er nahe vorbei geht". Berliner Astronomisches Jahrbuch (1804) s. 161 – 172.
5. Soldner, J. G. v. "Ueber die Ablenkung..." ; (Lenard, P.) (1921). Annalen der Physik 65: 593 – 604.
6. Jaki, S.L. (1978). "Johann Georg von Soldner and the Gravitational Bending of Light, with an English Translation of His Essay on It Published in 1801". Foundations of Physics 8: 927–950. doi:10.1007/BF00715064..
7. Treder, H. J.; Jackisch, G. (1981). "On Soldners Value of Newtonian Deflection of Light". Astronomische Nachrichten 302: 275–277. doi:10.1002/asna.2103020603.
8. Will, C.M. (1988). "Henry Cavendish, Johann von Soldner, and the deflection of light". Am. J.Phys. 56: 413–415. doi:10.1119/1.15622.
9. Захаров А.Ф. Гравитационные линзы / Соровский образовательный журнал, том 7, № 8, 2001; его же книга "Гравитационные линзы и микролинзы" М.: Янус, 1997.
10. Pais A. Subtle is the Lord... The Science and the Life of Albert Einstein (Oxford: Oxford Univ. Press, 1982). [Русск. пер.: Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. - М., 1989].
11. Тимирязев А.К. Теория относительности Эйнштейна и диалектический материализм / «Под Знаменем Марксизма» 1924 г., № 8–9, с. 142 – 157; № 10–11, с. 93 - 114; его же Теория относительности Эйнштейна и махизм / Стенограмма доклада на заседании Комм. Акад. - 7/II 1924 г. // Опубликована в сборнике статей «Естествознание и диалектический материализм». - М.: Материалист, 1925, с. 228–258; его же книга "Введение в теоретическую физику". - М.- Л.: ГТТИ, 1933.
12. Ивченков, Геннадий . Самое важное подтверждение ОТО, или Что измерил лорд Эддингтон (http://bourabai.kz/articles/ivchenkov.htm ).
13. Альберт Эйнштейн и теория гравитации / Сборник статей. - М.: Мир, 1979.
14. Хофман Б., Дюкас Э. Альберт Эйнштейн. Творец и бунтарь. - М.: Прогресс, 1983. (Banesh Hoffmann/Helen Dukas: Einstein. Schopfer und Rebell . Die Biographie, Frankfurt/M. 1978, amerikanisches Original New York, Viking Press, 1972).
15. Картер П., Хайфилд Р. Эйнштейн. Частная жизнь. - М.: «Захаров», 1998 (Paul Carter and Roger Highfield «The Private Lives of Albert Einstein», 1993).
16. Кузнецов Б.Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. Издание пятой, переработанное и дополненное. / Под редакцией М.Г. Идлиса. - М.: Наука, 1980.
17. Инфельд, Леопольд . Мои воспоминания об Эйнштейне / УФН, Т. LIX, вып. 1, 1956; «Tworczosc», вып. 9, 1955 г.; перевод с польского И.Е. Дудовской и Г.И. Залуцкого.
18. Петров А.М. Антиэйнштейн, - М.: Компания спутник, 2008.
19. Струве О., Линдс Б., Пилланс Э . Элементарная астрономия. - М.: "Наука", 1967.
20. Талызин, Игорь . Смещение звёзд во время затмения 1922 года ( http://lesage.narod.ru/Sun1922_2007.htm ).
21. Адам М.Г . Экспериментальные проверки теории гравитации. - в кн. Эйнштейновский сборник, 1969-1970. М.: Наука, 1970, с.196. ( http://www.lesage.narod.ru/Mikhailov/Sun.htm ).

Сегодня мы расскажем вам о слабом гравитационном линзировании. Поводом для этого послужила профессора Маттиаса Бартельманна из университета теоретической физики Гейдельберга, которую он написал специально для образовательного проекта Scholarpedia.

Сначала немного истории: идея о том, что массивные тела способны отклонять свет, восходит к Исааку Ньютону. В 1704 году он писал в своей книге «Оптика»: «...не оказывают ли влияния тела на свет на расстоянии и этим влиянием отклоняя его лучи; и не тем ли сильнее это влияние, чем меньше расстояние [между телом и лучом света]?» Долгое время сама постановка такого вопроса была противоречивой, потому что ньютоновская физика работает только с телами, обладающими массой, а дебаты по поводу природы света, свойств и наличия массы у его частиц шли еще добрых два столетия.

Тем не менее, в 1804 году немецкий астроном Иоганн фон Зольднер , предположив наличие массы у еще не открытых к тому времени фотонов, смог рассчитать угол, на который отклонится свет от далекого источника, если он «чиркнет» по поверхности Солнца и долетит до Земли - луч должен был отклоняться на 0,83 угловой секунды (это примерно размеры копеечной монеты с расстояния 4 километров).

Следующий большой шаг в изучении взаимодействия света и гравитации сделал Альберт Эйнштейн. Его работы по об ей теории относительности заменили классическую теорию тяготения Ньютона, где присутствуют силы, на геометрическую. В этом случае масса фотонов уже не важна - свет будет отклоняться просто потому, что само пространство вблизи массивного предмета искривлено. Еще не окончив работы по ОТО, Эйнштейн рассчитал угол отклонения луча света, проходящего вблизи Солнца и получил... в точности те же 0,83 угловой секунды, что и фон Зольднер за сто лет до него. Лишь пятью годами позже, завершив работы над ОТО, Эйнштейн понял, что нужно учитывать не только пространственную, но и временну ю компоненту кривизны нашего четырехмерного пространства-времени. Это удвоило расчетный угол отклонения.

Давайте попробуем получить этот же угол. Проходя мимо массивного тела, луч света отклоняется, потому что двигается прямо, но в искривленном пространстве. С точки зрения Эйнштейна, пространство и время равноправны, значит, меняется и время, за которое свет дойдет до нас. Следовательно, меняется скорость света.

Скорость света, проходящего в поле тяготения линзы, будет зависеть от гравитационного потенциала линзы и будет меньше скорости света в вакууме

Это не нарушает никаких законов - скорость света действительно может меняться, если свет идет сквозь какое-то вещество. То есть, по Эйнштейну, отклонение света массивным предметом равносильно его прохождению сквозь некую прозрачную среду. Погодите, это же напоминает коэффициент преломления линзы, который мы все изучали в школе!

Отношение двух скоростей света - это и есть знакомый нам со школы коэффициент преломления

Теперь, зная скорость света в линзе, можно получить что-то, что можно измерить на практике, - например, угол отклонения. Для этого нужно применить один из фундаментальных постулатов природы - принцип Ферма, согласно которому луч света двигается так, чтобы минимизировать оптическую длину пути. Записав его на языке математики, мы получим интеграл:

Угол отклонения будет равен интегралу от градиента гравитационного потенциала

Решать его не надо (да это и очень трудно), главное тут - увидеть двойку перед знаком интеграла. Это та самая двойка, которая появилась у Эйнштейна при учете пространственной и временно й компонент и которая увеличила угол отклонения в два раза.

Чтобы взять интеграл, применяют аппроксимацию (то есть упрощенное и приближенное вычисление). Для данного конкретного случая удобнее использовать приближение Борна, которое пришло из квантовой механики и было хорошо известно Эйнштейну:

Та самая аппроксимация Борна для упрощенного вычисления угла отклонения

Подставляя известные для Солнца значения в формулу выше и переводя радианы в угловые секунды, полчаем искомый ответ

Знаменитая экспедиция под руководством Эддингтона наблюдала за солнечным затмением 1919 года в Африке, и звезды, которые во время затмения были рядом с солнечным диском, отклонились на угол от 0,9 до 1,8 угловой секунды. Это было первое экспериментальное подтверждение общей теории относительности.

Тем не менее ни сам Эйнштейн, ни его коллеги не задумывались о практическом использовании этого факта. Действительно - Солнце слишком яркое, а отклонения заметны только у звезд вблизи его диска. Значит, наблюдать эффект можно только во время затмений, да и никаких новых данных ни про Солнце, ни про другие звезды это астрономам не дает. В 1936 году чешский инженер Руди Мандль посетил ученого в Принстоне и попросил его рассчитать угол отклонения звезды, свет от которой пройдет рядом с другой звездой (то есть любой звездой кроме Солнца). Эйнштейн сделал необходимые расчеты и даже опубликовал статью, но в ней заметил, что считает эти эффекты пренебрежимо малыми и не поддающимися наблюдению. Однако за идею ухватился астроном Фриц Цвикки , который к этому времени плотно занимался изучением галактик (то, что помимо Млечного Пути существуют другие галактики, стало известно за восемь лет до этого). Он первым понял, что в качестве линзы может выступать не только звезда, но и целая галактика и даже их скопление. Подобная гигантская масса (миллиарды и триллионы масс Солнца) отклоняют свет достаточно сильно, чтобы это можно было зарегистрировать, и в 1979 году, к сожалению, через пять лет после смерти Цвикки, была обнаружена первая гравитационная линза - массивная галактика, которая отклонила свет далекого квазара, проходящий сквозь нее. Сейчас же линзы, вопреки прогнозам Эйнштейна используют совсем не для проверки ОТО, а для огромного числа исследований самых крупных объектов Вселенной.

Различают сильное, слабое и микролинзирование. Отличие между ними заключается в расположении источника, наблюдателя и линзы, а также в массе и форме линзы.

Сильное гравитационное линзирование характерно для систем, где источник света находится близко к массивной и компактной линзе. В результате свет, расходящийся от источника по разные стороны от линзы, огибает ее, искривляется и доходит до нас в виде нескольких изображений одного и того же предмета. Если источник, линза и наблюдатель (то есть мы) находятся на одной оптической оси, то можно увидеть несколько изображений одновременно. Крест Эйнштейна - это классический пример сильного гравитационного линзирования. В более общем случае линза сильно искажает форму объекта, делая его похожим на арку.

Пример сильного линзирования далекой галактики (белый обьект) массивной более близкой к нам галактикой (бирюзовый объект)

Wikimedia Commons

Слабое гравитационное линзирование, о котором и пойдет в основном рассказ в нашем материале, не способно сформировать ни четкого изображения, ни даже яркой красивой арки - для этого линза слишком слаба. Однако изображение все равно деформируется, и это дает ученым в руки очень сильный инструмент: известных нам примеров сильного линзирования немного, а вот слабого, для которого достаточно, чтобы две крупные галактики или два скопления оказались на угловом расстоянии около одной секунды дуги, вполне хватает для статистического изучения галактик, скоплений, темной материи, реликтового излучения и всей истории Вселенной от Большого взрыва.

И, наконец, гравитационное микролинзирование - это временное увеличение яркости источника линзой, которая оказалась на оптической оси между ним и нами. Обычно эта линза недостаточно массивна, чтобы сформировать четкое изображение или даже арку. Однако она все равно фокусирует часть света, который иначе бы до нас не дошел, и это делает далекий объект ярче. Этот метод используют для поиска (а точнее говорить - случайного обнаружения) экзопланет.

Напомним, что в этом обзоре мы, следуя за статьей профессора Бартельманна, ограничимся обсуждением именного слабого линзирования. Очень важно, что слабое линзирование, в отличие от сильного, не может создавать ни арок, ни множественных изображений одного и того же источника. Не может даже сколько-нибудь значительно увеличивать яркость. Все, на что оно способно - немного изменить форму далекой галактики. На первый взгляд, это кажется мелочью - мало ли в космосе эффектов, которые искажают объекты? Пыль поглощает свет, расширение Вселенной сдвигает все длины волн, свет, доходя до Земли, рассеивается в атмосфере, а потом еще проходит сквозь неидеальную оптику телескопов - где уж тут заметить, что галактика стала чуть более вытянутой (учитывая, что мы и не знали, какой она была изначально)? Однако тут на помощь приходит статистика - если на небольшом участке неба у галактик есть предпочтительное направление вытянутости - значит, возможно, мы их видим через слабую линзу. Несмотря на то, что современные телескопы могут видеть порядка 40 галактик в квадрате со сторонами в одну угловую минуту (это размеры МКС, как мы ее видим с Земли), искажение, вносимое линзированием в форму галактики, настолько незначительно (не превышает нескольких процентов), что нам нужны очень большие и очень мощные телескопы. Такие, например, как четыре восьмиметровых телескопа комплекса VLT в Чили, или 3,6-метровый телескоп CFHT , расположенный на Гавайях. Это не просто очень большие телескопы - они к тому же могут получать изображение большого участка неба одним снимком, вплоть до одного квадратного градуса (в отличие, например, от очень мощного телескопа Хаббла, один кадр которого покрывает квадрат со стороной всего 2,5 угловой минуты). К настоящему времени опубликовано уже несколько обзоров площадью чуть более 10 процентов неба, которые дали достаточно данных для поиска слабо линзированных галактик.

Карта распределения материи, реконструированная после расчетов эффектов слабого гравилинзирования; белыми точками обозначены галактики или скопления галактик

Иллюстрация эффектов слабого гравитационного линзирования. Слева показаны наиболее заметные последствия - появление вытянутости. В центре и справа - влияние параметров второго и третьего порядков - смещение центра источника и треугольная деформация

Matthias Bartelmann et al. 2016

Галактики - это очень хорошо, но можно ли заглянуть с помощью гравитационного линзирования еще дальше - в прошлое, когда галактик и звезд еще не было? Оказывается, можно. Реликтовое излучение - электромагнитное излучение, появившееся во Вселенной всего через 400 000 лет после Большого Взрыва - присутствует в каждом кубическом сантиметре пространства последние 13,6 миллиарда лет. Все это время оно распространяется в разные стороны и несет в себе «отпечаток» ранней Вселенной. Одним из ключевых направлений астрофизики последних десятилетий было изучение реликтового излучения с целью найти в нем неоднородности, которые могли бы объяснить, как из такой симметричной и анизотропной (в теории) изначальной Вселенной могла появиться такая неоднородная и неупорядоченная структура, где в одном месте скопление тысяч галактик, а в другом - пустота на многие кубические мегапарсеки.

Спутники РЕЛИКТ-1 , COBE , WMAP , Planck со все большей точностью измеряли однородность реликтового излучения. Сейчас мы видим его настолько подробно, что становится важным «очищать» его от различных шумов, вносимых источниками, не связанными с изначальным распределением вещества во Вселенной - например, из-за эффекта Сюняева-Зельдовича или того самого слабого гравитационного линзирования. Это тот случай, когда его регистрируют, чтобы потом максимально точно удалить из снимков реликтового излучения и продолжать считать - укладывается ли его распределение на небе в стандартную космологическую модель. Кроме того, даже самые точные снимки реликтового излучения не могут рассказать нам всего о Вселенной - это похоже на задачу, где у нас всего одно уравнение, в котором несколько неизвестных (например, плотность барионной материи и спектральная плотность темной материи). Слабое гравитационное линзирование, пускай оно и не дает сейчас таких точных результатов (а иногда и вообще плохо согласуется с данными прочих исследований - см. картинку ниже), но это то самое второе независимое уравнение, которое поможет определить вклад каждого неизвестного в общую формулу Вселенной.

Коэффициентами преломления

Еще Ньютон задавался вопросом: не подвержены ли световые лучи действию сил тяготения? В те времена на этот вопрос нельзя было ответить ни положительно, ни отрицательно, опытные данные итеоретические обобщения на этот счет не могли сказать ничего.

После установления связи между массой и энергией стало ясно, что свет должен обладать инертной массой, ведь давно известно, что световые волны переносят энергию. А если так, то, согласно принципу эквивалентности, свет должен иметь и тяжелую массу, т. е. закон всемирного тяготения должен распространяться и на лучи света. Пролетая мимо тяжелого тела, свет должен отклоняться от прямолинейного пути (рис. 37). Наблюдатель, находящийся в точке А, увидит источник света В не в направлении АВ, а в направлении АВ` . Впечатление будет такое, словно тяжелое тело С отталкивает находящиеся позади него источники света.

На это явление Эйнштейн указал еще в 1907 году; однако величина самого отклонения была им вначале вычислена неправильно. В последующих работах 1911 и 1915 гг. он внес необходимые исправления и обратился к астрономам с предложением попытаться проверить эти выводы.

Дело в том, что отклонение это весьма мало. Сразу же оказывается, что искривление световых лучей вблизи любого тела, находящегося в нашем распоряжении на земной поверхности, столь незначительно, что пытаться обнаружить его на опыте абсолютно безнадежно. Для этого массы всех этих тел чересчур малы. Единственное, что можно надеяться обнаружить — это искривление лучей света вблизи Солнца. Если бы можно было рядом с Солнцем увидеть звезды, то эффект отталки вания мог бы, в принципе, быть заметным.

Но как увидеть звезды рядом с Солнцем? Эта возможность осуществляется в моменты полных солнечных затмений. Ввиду того, что даже у самого края Солнца, несмотря на колоссальную его массу, смещения звезд все же чрезвычайно малы (примерно в тысячу раз меньше видимого углового диаметра Солнца), обнаружить их можно только фотографическим путем. Для этого следует с помощью подходящего астрономического инструмента сделать снимок прилегающей к Солнцу части неба в момент затмения, а затем, примерно через полгода, когда те же самые звезды будут видны ночью, произвести тем же самым инструментом по возможности в тех же условиях второй, контрольный снимок. Сравнивая их между собой под микроскопом (смещения звезд на пластинке составляют сотые доли миллиметра), можно попытаться обнаружить и измерить эффект Эйнштейна.


Первым опытам помешала начавшаяся мировая война, но в 1919 году двум астрономическим экспедициям посчастливилось получить сравнительно удачные снимки. После тщательных измерений и надлежащей, их обработки обнаружилось, что эффект отталкивания несомненно существует. Численная его величина оказалась чрезвычайно близкой к той, которую вычислил Эйнштейн.

Опубликование этих результатов в свое время произвело очень сильное впечатление. Теория относительности привлекла всеобщее внимание, О ней заговорили буквально все; очень скоро интерес к ней принял совершенно беспрецедентные размеры. Статьи по теории относительности печатались во всевозможных журналах, вплоть до медицинских и сельскохозяйственных. Эйнштейн стал одним из самых популярных Людей в мире.

Однако трезвая оценка результатов наблюдений эффекта Эйнштейна показала в дальнейшем, что результаты эти более чем скромны. Отклонение световых лучей вблизи Солнца действительно обнаруживалось. Но точное его измерение связано с целым рядом трудностей. Отклонение по своей величине весьма мало и близко к пределу точности астрономических измерений. Во время фотографирования солнечные лучи сильно воздействуют на приборы, нагревая и деформируя их важнейшие детали, в том числе зеркала и линзы. Контрольные снимки производятся всегда так или иначе в других условиях (например, при другой температуре). Все это в сильнейшей степени снижает надежность количественных результатов. Поэтому вывод о «блестящем подтверждении предсказаний теории относительности» в данном случае следует признать несколько поспешным.

После 1919 года попытки наблюдения эффекта Эйнштейна неоднократно повторялись, в том числе и советскими учеными (А. А. Михайлов), но положение улучшилось мало. Количественное согласие формулы Эйнштейна с опытом все еще находится под вопросом. Что же касается качественной стороны дела, то теперь можно считать с полной уверенностью, что вывод теории относительности об отклонении света под действием силы тяжести полностью подтвержден наблюдениями.

Экспериментальные подтверждения ОТО

Эффекты, связанные с ускорением систем отсчёта

Первый из этих эффектов - гравитационное замедление времени, из-за которого любые часы будут идти тем медленнее, чем глубже в гравитационной яме (ближе к гравитирующему телу) они находятся. Данный эффект был непосредственно подтверждён в эксперименте Хафеле - Китинга, а также в эксперименте Gravity Probe A и постоянно подтверждается в GPS.

Непосредственно связанный с этим эффект - гравитационное красное смещение света. Под этим эффектом понимают уменьшение частоты света относительно локальных часов (соответственно, смещение линий спектра к красному концу спектра относительно локальных масштабов) при распространении света из гравитационной ямы наружу (из области с меньшим гравитационным потенциалом в область с большим потенциалом). Гравитационное красное смещение было обнаружено в спектрах звёзд и Солнца и надёжно подтверждено уже в контролируемых земных условиях вэксперименте Паунда и Ребки.

Гравитационное замедление времени и искривление пространства влекут за собой ещё один эффект, названный эффектом Шапиро (также известный как гравитационная задержка сигнала). Из-за этого эффекта в поле тяготения электромагнитные сигналы идут дольше, чем в отсутствие этого поля. Данное явление было обнаружено при радиолокации планет Солнечной системы и космических кораблей, проходящих позади Солнца, а также при наблюдении сигналов от двойных пульсаров.

С наибольшей на 2011 год точностью (порядка 7·10 −9) этот тип эффектов был измерен в эксперименте, проведённом группой Хольгера Мюллера из Калифорнийского университета. В эксперименте атомы цезия, скорость которых была направлена вверх по отношению к поверхности Земли, действием двух лазерных пучков переводились в суперпозицию состояний с различающимися импульсами. Вследствие того, что сила гравитационного воздействия зависит от высоты над поверхностью Земли, набеги фаз волновой функции каждого из этих состояний при возвращении в исходную точку различались. Разность между этими набегами вызывала интерференцию атомов внутри облака, так что вместо однородного по высоте распределения атомов наблюдались чередующиеся сгущения и разрежения, которые измерялись действием на облако атомов лазерными пучками и измерением вероятности обнаружения атомов в некой выбранной точке пространства.

Искривление пути света происходит в любой ускоренной системе отсчёта. Детальный вид наблюдаемой траектории и гравитационные эффекты линзирования зависят, тем не менее, от кривизны пространства-времени. Эйнштейн узнал об этом эффекте в 1911 году, и, когда он эвристическим путём вычислил величину кривизны траекторий, она оказалась такой же, какая предсказывалась классической механикой для частиц, движущихся со скоростью света. В 1916 году Эйнштейн обнаружил, что на самом деле в ОТО угловой сдвиг направления распространения света в два раза больше, чем в ньютоновской теории, в отличие от предыдущего рассмотрения. Таким образом, это предсказание стало ещё одним способом проверки ОТО.

С 1919 года данное явление было подтверждено астрономическими наблюдениями звёзд в процессе затмений Солнца, а также с высокой точностью проверено радиоинтерферометрическими наблюдениями квазаров, проходящих вблизи Солнца во время его пути по эклиптике.

Гравитационное линзирование происходит, когда один отдалённый массивный объект находится вблизи или непосредственно на линии, соединяющей наблюдателя с другим объектом, намного более удалённым. В этом случае искривление траектории света более близкой массой приводит к искажению формы удалённого объекта, которое при малом разрешении наблюдения приводит, в основном, к увеличению совокупной яркости удалённого объекта, поэтому данное явление было названо линзированием. Первым примером гравитационного линзирования было получение в 1979 году двух близких изображений одного и того же квазара QSO 0957+16 A, B (z = 1,4) английскими астрономами Д. Уолшем и др. «Когда выяснилось, что оба квазара изменяют свой блеск в унисон, астрономы поняли, что в действительности это два изображения одного квазара, обязанные эффекту гравитационной линзы. Вскоре нашли и саму линзу - далёкую галактику (z = 0,36), лежащую между Землёй и квазаром» ] . С тех пор было найдено много других примеров отдалённых галактик и квазаров, затрагиваемых гравитационным линзированием. Например, известен так называемый Крест Эйнштейна, где галактика учетверяет изображение далёкого квазара в виде креста.

Специальный тип гравитационного линзирования называется кольцом или дугой Эйнштейна. Кольцо Эйнштейна возникает, когда наблюдаемый объект находится непосредственно позади другого объекта со сферически-симметричным полем тяготения. В этом случае свет от более отдалённого объекта наблюдается как кольцо вокруг более близкого объекта. Если удалённый объект будет немного смещён в одну сторону и/или поле тяготения не сферически-симметричное, то вместо этого появятся частичные кольца, называемые дугами.

Наконец, у любой звезды может увеличиваться яркость, когда перед ней проходит компактный массивный объект. В этом случае увеличенные и искажённые из-за гравитационного отклонения света изображения дальней звезды не могут быть разрешены (они находятся слишком близко друг к другу), и наблюдается просто повышение яркости звезды. Этот эффект называют микролинзированием, и он наблюдается теперь регулярно в рамках проектов, изучающих невидимые тела нашей Галактики по гравитационному микролинзированию света от звёзд - МАСНО, EROS (англ. ) и другие.

Чёрные дыры

Чёрная дыра - область, ограниченная так называемым горизонтом событий, которую не может покинуть ни материя, ни информация. Предполагается, что такие области могут образовываться, в частности, как результатколлапса массивных звёзд. Поскольку материя может попадать в чёрную дыру (например, из межзвёздной среды), но не может её покидать, масса чёрной дыры со временем может только возрастать.

Стивен Хокинг, тем не менее, показал, что чёрные дыры могут терять массу за счёт излучения, названногоизлучением Хокинга. Излучение Хокинга представляет собой квантовый эффект, который не нарушает классическую ОТО.

Известно много кандидатов в чёрные дыры, в частности супермассивный объект, связанный с радиоисточником Стрельце а* в центре нашей Галактики. Подавляющее большинство учёных убеждены, что наблюдаемые астрономические явления, связанные с этим и другими подобными объектами, надёжно подтверждают существование чёрных дыр, однако существуют и другие объяснения: например, вместо чёрных дыр предлагаются фермионные шары, бозонные звёзды и другие экзотические объекты.

Главная » Сленг » Световой луч в гравитационном поле. Гравитационное отклонение света