Все знают что такое водоворот, вихрь. Вращение объекта в физической среде, например, в воде или воздухе, которая обладает вязкостью, увлекает за собой все, что находится рядом с этим объектом.
Альберт Эйнштейн указал на этот универсальный эффект: когда массивное тело вращается, то оно должно как бы «закручивать» вокруг себя пространство-время. Такое явление называют эффектом увлечения инерциальных систем.
В последнее время появляется все больше экспериментальных данных, которые подтверждают предсказанные Эйнштейном свойства пространства.
Локальное вращение пространства: подтверждение эффекта увлечения инерциальных систем
Самое прямое наблюдение, которое можно назвать «вращением пространства», было недавно зафиксировано в окрестностях черной дыры. Речь идет об эффекте Лензе-Тирринга, известном как (frame dragging).
Представьте себе очень вязкую жидкость (например, мед). Если вы начнете вращать в этой жидкости шар, он увлечет за собой и близлежащие слои жидкости. Точно так же массивное вращающееся тело, искривляя пространство-время, буквально «тащит» его за собой вокруг себя.
Астрономы, используя данные рентгеновской обсерватории NASA Swift и радиотелескопа Very Large Array (VLA), проследили за движением звезды, разрушаемой сверхмассивной черной дырой.
На основании данных наблюдения траектория обломков звезды демонстрировала характерное «покачивание», которое идеально соответствовало предсказаниям общей теории относительности. Быстрое вращение черной дыры буквально закручивает пространство-время вокруг себя, заставляя материю двигаться по искаженным траекториям.
Хотя сам эффект предсказан давно, новые данные стали одним из самых ярких его подтверждений. Математическое описание вращающейся чёрной дыры дал в 1963 году Рой Керр. Его подход к решению уравнений Эйнштейна известен как метрика Керра. В отличие от «обычной» (невращающейся) чёрной дыры, объект Керра обладает угловым моментом и именно он вызывает закручивание пространства.
Даже пространство вокруг Земли не остается неподвижным. Оно очень-очень медленно закручивается в сторону вращения планеты.
Экспериментальное подтверждение: Этот эффект чрезвычайно слаб, но он был измерен. В 2004 году NASA запустило спутник Gravity Probe B. Внутри него находились идеальные гироскопы. Если бы пространство было плоским и неподвижным, оси этих гироскопов никогда бы не меняли своего направления относительно далеких звезд. Однако ученые зафиксировали ничтожное, но не нулевое изменение.
Вот основные аспекты этого влияния:
Классическая физика: Искажение «кажущегося» пространства (Сила Кориолиса)
Вращение Земли создает силу Кориолиса — это не «реальная» сила вроде гравитации, а инерционная сила, которая возникает при описании движения во вращающейся системе отсчета (то есть если мы считаем Землю неподвижной, а небо — вращающимся).
Как это искажает наше восприятие пространства и влияет на движение:
-
Атмосфера и океаны: Воздушные массы и течения в океане не движутся по прямой линии относительно поверхности Земли. В Северном полушарии они отклоняются вправо от направления своего движения, в Южном — влево. Именно из-за этого ветры закручиваются в огромные циклоны (против часовой стрелки на севере и по часовой на юге).
-
Вода в раковине: В быту этот эффект незаметен из-за маленьких масштабов, но технически вращение Земли задает предпочтительное направление закручивания воды при ее сливе (хотя форма раковины и начальное движение воды всегда пересилят этот эффект).
Направление дальнейших исследований
Самое удивительное в том, что вращается в космическом пространстве, во Вселенной вращается не просто объект. Вращается сама ткань реальности, включая пространство. Теперь идея о нематериальности и пустотности пространства уже не кажется такой логичной. И вновь приходят мысли многих ученых прошлого о наполненности пространства эфиром.
В очередной раз, когда новые наблюдения подтверждают предсказания Эйнштейна, становится ясно, что они описывают Вселенную с поразительной точностью.
