Математика и естествознание

Вычисления, выполненные на основе закона тяготения Ньютона, показывают, что суммарное влияние всех известных планет  должно приводить к повороту перегелия орбиты Меркурия за столетие на 532 ( угловых секунды ). Но ещё в 1859 г. Французский астроном Урбен Жан Жозеф Леверье (1811 – 1877), наблюдая за движением Меркурия, обнаружил, что фактически этот поворот составляет 575, т. е. перегелий орбиты Меркурия смещается не так, как предсказывала теория Ньютона.

Хотя расхождение в 43 и  очень маленькая величина, но тем не менее она значительно превосходит возможные погрешности наблюдений. Вначале астрономы, в том числе и Леверье, пытались объяснить это теми же причинами, что и отклонение движения планеты Уран от Расчетной орбиты.

Леверье предположил, что между Солнцем и Меркурием тоже существует неизвестная планета. Именно она своими притяжениями вызывает аномалию орбиты Меркурия. Планете дали название Вулкан (в римской мифологии бог пламенени). Действительность оказалась совсем не такой, как думал Леверье. Никакой планеты Вулкан никто так и не онаружил, потому что на самом деле её просто не существует. Не спасали положения и попытки математического уточнения закона тяготения Ньютона. Например, П. Лаплас выдвинул гипотезу о поглощении тяготения в межпланетной сфере, введя поправочный коэффициент в закон всемирного тяготения, но сразу же возникали трудности с объяснением движения других планет.

Перегелий орбиты Меркурия смещается не под воздействием невидимого вулкана – движение ближайшее к Солнцу планеты подчиняется более точному закону тяготения: не ньютонову, а эйнштейновскону.

У Эйнштейна получилось вычислить  не только правильное значение прецессии  перегелия Меркурия но и соответствующее наблюдениям направление прецессии. К тому же этот эффект в общей теории относительности возникает совершенно естественно, без всяких ухищрений и подгонки числовых данных для приведения теоритических результатов в соответствие с результатами наблюдений.

Согласно Эйнштейну, наличие  больших масс материи приводит к  изменению свойств пространства. Описание явления тяготения принципиально меняется. По Ньютону, это движение под действием силы тяготения, по Эйнштейну, это свободное движение тел в искривленном пространстве-времени. Загадка движения Меркурия находится при этом естественное объяснение – ведь Меркурий, находиться ближе к Солнцу, чем другие планеты, движется в гораздо более сильном гравитационном поле.

Но Эйнштейн на этом не остановился. Он вычислил еще и величину гравитационного красного смещения, испытываемого светом на пути от Солнца к Земле, а также величину отклонения лучей света, проходящих вблизи поверхности Солнца, вызванного его гравитационным полем.

Задержка Радиолокационных сигналов.

Развитие радиоастрономии  позволило провести еще одну проверку общей теории относительности. Она  связанна с задержкой времени  распространения радиолокационного  сигнала, проходящего в гравитационном поле Солнца. Этот эффект впервые теоритически рассчитал и обнаружил в 1962 г. Американский астрофизик Ирвин Шапиро (1918-1998).

Суть эффекта заключается  в следующем. Передатчик с Земли  посылает радиоволну к отражателю, расположенному в другом месте Солнечной  системы, а тот её возвращает. По часам на Земле можно измерить время, за которое волна распространяется туда и обратно, и сравнить его  со значением, следующим из теории Эйнштейна. Согласно этой теории, время распространения  сигнала зависит от искривленности пространства-времени. Следовательно, чем ближе к Солнцу проходит сигнал, тем сильнее он задержится с обратным прибытием на Землю.

Начиная с 1966 г. Были проведены  эксперименты, где в качестве отражателя использовались и поверхность планеты (Венеры, Меркурия), и электронное  оборудование автоматических межпланетных станций (в частности, Маринера-6) которое принимало сигналы и передавало их обратно на Землю. Наблюдаемая задержка сигналов отличалась от предсказанной на несколько процентов. Так теория Эйнштейна в очередной раз получила убедительное подтверждение.

К концу ХХв. Эффекты общей теории относительности надежно проверены с помощью наблюдений не только в Солнечной системе, но и за её пределами. Общая теория относительности используется при составлении астрономических ежегодников и при расчетах движения больших планет, Луны, космических аппаратов.      

Список используемой литературы

  1.  Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Логос, 2002.

  2.  Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Краткий курс: Учебник. -М.: Высшая школа, 2003.

 3.   Мотылева Л.С., Скоробогатов В.А., Судариков А.М. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ под ред. Скоробогатова В.А. – Спб.: Союз, 2002.

  4.  Соломантин В.А. История и концепций современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: ПЕР СЭ, 2002.