Згідно з теорією Ейнштейна, абсолютна і відносна маса не мають жодного стосунку до гравітаційної сили. Усі речі, включно з безмасовими об'єктами, такими як фотони, прискорюються однаково в просторі-часі масивних тіл. У фізиці прискорення - це зміна або швидкості, або напрямку. Це векторна величина.
А великий німецький фізик вказував, що гравітація і прискорення нерозрізнені.
Цікава особливість світла, яке має нульову масу спокою, полягає в тому, що воно, здається, заломлюється під час прискорення. Що глибше воно опускається в гравітаційне поле, то більше воно заломлюється або згинається.
Вищесказане суперечить інтуїції, але більшість людей розуміють, що годинник сповільнюється при збільшенні прискорення або сили тяжіння, вірно? Зі світлом усе приблизно так само. Воно заломлюється у склі та інших матеріалах, а також у полях. Чим сильніше фізичне поле, тим більше заломлення.
Результати експериментів Еддінгтона під час сонячного затемнення 1919 року показали, що світло зірок відхиляється поблизу Сонця приблизно вдвічі сильніше, ніж передбачала формула Ньютона.
Заломлення, додане до відхилення - простий, але грубий спосіб подумати про це. Простір Ейнштейна, що описується тензорами, дає точну картину.
Після підтвердження Еддінгтоном, теорія відносності перетворилася на історію.
Гравітаційна сила означає силу, яка притягує об'єкт у нашому Всесвіті до будь-якого іншого об'єкта. Вона пояснює, чому ви можете залишатися на поверхні Землі.
Сила тяжіння прямо пропорційна добутку двох мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Формула Ньютона, що описує взаємодію двох небесних тіл, відома з 1687 року.
Раніше він пояснював, чому об'єкти перебувають на орбіті і рухаються навколо сонця. Сила тяжіння простими словами - це коли сонце чинить гравітаційний вплив на нашу Землю і всі інші планети, утримуючи їх на орбіті.
Однак Альберт Ейнштейн здійснив наукову революцію. Сучасна фізика стверджує, що це не зовсім так. Тепер ми думаємо, що гравітація - це спотворення простору-часу, як зазначалося раніше.
Дослідження сили гравітації - один з основних напрямів у фізиці, особливо в розумінні того, звідки вона береться.
Але подивимося на проблему з іншого боку. Як працюють негравітаційні сили? Як може працювати квантова гравітація?
Подивимося, що таке сильна, слабка та електромагнітна взаємодії у квантовій теорії поля. Якщо не вдаватися в подробиці, то в квантовому полі частинки, звані бозонами, передають сили природи, не будучи їхніми "виробниками".
Коли два електрони електростатично відштовхуються один від одного, вони обмінюються віртуальними фотонами, які несуть енергію та імпульс. Слабкі та сильні сили працюють приблизно так само.
Тепер давайте подивимося на теорію відносності. У Ейнштейна гравітація не опосередковується бозонами, що літають навколо і взаємодіють із речами. Швидше, в ЗТВ гравітація - це ситуація, за якої геодезичні лінії перестають бути прямими, і об'єкти рухаються вздовж них.
Як свого часу стверджував Джон Арчибальд Вілер, "маса каже простору, як викривити час, а простір каже матерії, як рухатися".
Однак це створює проблему: усі три інші "фундаментальні сили" у Всесвіті є квантовими полями з частинками, що переносять одну із сил природи.
Гравітація, однак, є класичним полем, принаймні, згідно з теорією відносності. Насправді немає вагомих причин, через які гравітація не могла б відповідати вимогам квантової теорії поля. А це означає, що таке поняття, як "маса тіла", або "маса" в принципі, може виявитися безглуздим з фізичної точки зору.
Чому ж ми не можемо просто взяти класичну теорію поля і квантувати її, як ми це робимо з квантовою електродинамікою?
Можемо. Якщо ми дозволимо метричному тензору gμν=ημν+hμν, де ημν - метрика плоского простору-часу, а hμν - мала пертубація, ми можемо квантувати hμν і спробувати зліпити з цього квантову теорію поля. Чудово! Тобто гравітація може виглядати так само, як і інші сили!
То в чому ж тоді велика проблема? Усе просто - у нас немає теорії квантової гравітації. Виявляється, це чудово працює для дуже низьких енергій. Коли рівні енергії стають занадто високими, "наївна" квантова теорія гравітації дає нескінченні відповіді. І, на жаль, більшість запитань, на які ми хотіли б отримати відповідь за допомогою квантової гравітації (наприклад, що відбувається поблизу сингулярності?) - це запитання, на які можна відповісти тільки за дуже високих енергій.
Але в нас немає квантової теорії гравітації. Ба більше, якщо ви запитаєте у фізика, що таке маса і як вона поводиться в ситуації, визначеній теорією Ейнштейна, він прочитає вам довжелезну лекцію. Але не відповість на поставлене запитання.
Так, деякі вчені покладають певні надії на квантову теорію гравітації. І навіть її окремий випадок - петльову квантову гравітацію. Вона нагадує загальну теорію відносності, тільки... без маси. Тим більше абсолютної та відносної маси.
Однак головна заковика в тому, що ми не знаємо точно, як працює гравітація. Може виявитися, що вона взагалі не є ні тяжінням, ні викривленням простору, ні елементом кривизни петель.
Хоча ми вперто продовжуємо використовувати категоріальний апарат часів Ісаака Ньютона. Така ось квантова заплутаність...
