привычная нам евклидова геометрия в данном случае не действует (работают
геометрии Лобачевского и Римана). Теория относительности установила не
только искривление пространства под действием полей тяготения, но и
замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение
Солнца - достаточно небольшой звезды по космическим мерка - влияет на темп
протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому если мы пошлем
радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем,
путешествие радиосигнала займет в таком случае больше времени, чем тогда,
когда на пути этого сигнала - при таком же вблизи Солнца составляет около
0,0002 с.
Одной из причин создания общей теории относительности было желание
Эйнштейна избавить физику от необходимости введения инерциальной системы
отсчёта. Создание новой теории началось с пересмотра концепции
пространства и времени в полевой доктрине Фарадея - Максвелла и специальной
теории относительности. Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном
пункте, который остался незатронутым. Речь идет о следующем положении
специальной теории относительности: "...двум выбранным материальным
точкам покоящегося тела всегда соответствует некоторый отрезок
определённой длины, независимо как от положения и ориентации тела, так и
от времени. Двум отмеченным показаниям стрелки часов, покоящихся
относительно некоторой системы координат, всегда соответствует интервал
времени определённой величины, независимо от места и времени". Специальная
теория относительности не затрагивала проблему воздействия материи на
структуру пространства-времени, а в общей теории Эйнштейн непосредственно
обратился к органической взаимосвязи материи, движения, пространства и
времени.
В работе "Относительность и проблема пространства" Эйнштейн
специально рассматривает вопрос о специфике понятия пространства в
общей теории относительности. Согласно этой теории пространство не
существует отдельно, как нечто противоположное "тому, что заполняет
пространство" и что зависит от координат. "Пустое пространство, т.е.
пространство без поля не существует. Пространство-время существует не само
по себе, а только как структурное свойство поля". Теория относительности
показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном
изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их
движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от
друга, и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном
континууме.
Для общей теории относительности до сих пор актуальной является
проблема перехода от теоретических к физическим наблюдаемым величинам.
Теория предсказала и объяснила три общелелятивистских эффекта: были
предсказаны и вычислены конкретные значения смещения перегелия Меркурия,
было предсказано и обнаружено отклонение световых лучей звёзд при их
прохождении вблизи Солнца, был предсказан и обнаружен эффект красного
гравитационного смещения частоты спектральных линий.
Рассмотрим далее релятивистскую космологию, именно с ней связано
дальнейшее развитие пространственно-временных представлений современной
физики.
Классические представления о Вселенной можно охарактеризовать
следующим образом: вселенная бесконечна и однородна в пространстве и
стационарна во времени. Они являлись одним из следствий механики Ньютона -
это абсолютные пространство и время, последнее по своему характеру
евклидово. Такая модель казалась очень гармоничной и единственной, на
уровне бытового сознания данная модель доминирует и в начале нашего 21-го
века.
Однако первые попытки приложения к этой модели физических законов и
концепций привели к неестественным выводам. Уже классическая космология
требовала пересмотра некоторых фундаментальных положений (стационарность
Вселенной, её однородность и изотропность, евклидовость пространства),
чтобы преодолеть противоречия. Однако в рамках классической космологии
преодолеть противоречия не удалось.
Модель Вселенной, которая следовала из общей теории относительности,
связана с ревизией всех фундаментальных положений классической
космологии. Общая теория относительности отождествила гравитацию с
искривлением четырёхмерного пространства - времени. Чтобы построить
работающую относительно несложную модель, учёные вынуждены ограничить
всеобщий пересмотр фундаментальных положений классической космологии:
общая теория относительности дополняется космологическим постулатом
однородности и изотропности Вселенной. Строгое выполнение принципа
изотропности Вселенной ведёт к признанию её однородности. На основе этого
постулата в релятивистскую космологию вводится понятие мирового
пространства и времени. Но это не абсолютные пространство и время Ньютона,
которые хотя тоже были однородными и изотропными, но в силу евклидовости
пространства имели нулевую кривизну. В применении к неевклидову
пространству условия однородности и изотропности влекут постоянство
кривизны, и здесь возможны три модификации такого пространства: с нулевой,
отрицательной и положительной кривизной.
Возможность для пространства и времени иметь различные значения
постоянной кривизны подняли в космологии вопрос конечна ли вселенная или
бесконечна. В классической космологии подобного вопроса не возникало, т.к.