Хотя многие работы Эйнштейна произвели революцию в физике, есть одно эйнштейновское достижение, которое возвышается над всеми остальными.

Итан Сигел, 22 сентября 2026

Ключевые тезисы:

• Альберт Эйнштейн был не просто революционером в науке, он был знаменитостью и культурной иконой на протяжении большей части своей жизни в XX веке, а его влияние и слава пережили его самого.

• Прославившийся принципами относительности движения, постоянства скорости света, формулой E=mc² и получением Нобелевской премии за фотоэффект, он также подарил нам такие головокружительные идеи, как кротовые норы и парадокс ЭПР.

• Но именно его общая теория относительности, предложенная в 1915 году, выделяет его в глазах большинства профессиональных физиков как величайшего ученого. Спустя более 100 лет она по-прежнему остается безупречным научным достижением, не вызывающим сомнений.

Хотя многие люди с трудом бы вспомнили хотя бы одного ныне живущего известного ученого, практически все во всем мире знают, кем был Эйнштейн. Возможно, самый известный человек XX века, Эйнштейн произвел революцию в физике и астрономии, внеся важный научный вклад, который научил нас тому, что:

• скорость света одинакова для всех,

• энергия и масса эквивалентны и связаны уравнением E=mc²,

• свет и электроны квантуются в дискретные «порции» (кванты) энергии,

• а пространство и время не являются абсолютными и объективными,

и это лишь некоторые из множества его открытий, актуальных и сегодня. Работы Эйнштейна продолжают находить применение и в ряде других направлений, включая парадоксы квантовой запутанности (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, ЭПР), соединение двух далеко отстоящих друг от друга точек в пространстве-времени через кротовые норы (мосты Эйнштейна-Розена) и описание статистики частиц с целым спином (статистика Бозе-Эйнштейна).

Этого уже было бы достаточно для выдающейся карьеры и заметного места в ряду величайших физиков всех времен. Но венцом достижений Эйнштейна стала его революционная новая теория гравитации — общая теория относительности, ОТО, которая была предложена еще в 1915 году и с тех пор успешно подтверждает каждое свое предсказание. Ни одна другая физическая теория не сохраняла свои позиции так долго, не потерпев в чём-либо неудачи и не потребовав замены, за всю историю современной науки. Именно успех ОТО, прежде всего остального, объясняет, почему физики так почитают и ценят Альберта Эйнштейна. Давайте разберемся, почему.

Проблема ньютоновской гравитации

Хотя теория гравитации Ньютона была предложена еще в 1600-х годах, в течение следующих примерно 200 лет казалось, что она абсолютно точно объясняет все, что мы наблюдаем на небесах и на Земле. Какое-то время казалось, что с орбитой Урана что-то не так, поскольку она не совсем подчинялась законам движения планет Кеплера, со времени открытия Урана в 1781 году:

• сначала казалось, что он обращается быстрее, чем ожидалось, в течение первых ~20 лет после открытия,

• затем, оказалось, что он замедлился и обращался с предсказанной скоростью следующие ~20 лет,

• а затем он замедлился еще сильнее, обращаясь слишком медленно в течение последующих ~20 лет.

Пока некоторые подозревали изъян в теории гравитации Ньютона, виновницей оказалась восьмая, более далекая планета, гравитационно воздействующая на Уран: Нептун. Ее открытие в 1846 году заставило замолчать всех критиков Ньютона.

Но возникла новая проблема, от которой было не так-то легко избавиться: орбита Меркурия, перигелий которого прецессировал с немного большей скоростью, чем мог объяснить закон всемирного тяготения Ньютона. Кроме того, законы движения Ньютона не могли объяснить явления, возникающие при скоростях, близких к скорости света, такие как сокращение длины и замедление времени. Законы Ньютона, включая законы движения и закон тяготения, казалось, работали очень и очень хорошо почти при всех обстоятельствах, но эти исключения были, возможно, намеком на что-то новое, захватывающее и революционное, что выведет нас за пределы ньютоновского представления о Вселенной.

Идеи относительности Эйнштейна

В середине XIX века параллельно происходила, казалось бы, не связанная с этим научная революция: открытие электромагнитных сил, полей и того, как они себя ведут. Одним из самых интересных результатов изучения электромагнетизма стало понимание того, что сам свет является электромагнитной волной: с колеблющимися в фазе электрическим и магнитным полями, которые распространяются в перпендикулярных друг другу направлениях. Свет имел скорость распространения, скорость света в вакууме, и эксперименты, проводимые для измерения скорости во взаимно перпендикулярных направлениях, в том числе по движению Земли вокруг Солнца и против него, всегда приходили к одному и тому же выводу: скорость света, казалось, никогда не менялась.

Как такое могло быть? Как свет мог двигаться с одинаковой скоростью независимо от того:

• был ли он испущен вдоль движения Земли,

• был ли он испущен против движения Земли,

• был ли он испущен источником, неподвижным относительно Земли,

• или был ли он испущен в направлении, перпендикулярном движению Земли?

Эйнштейн пытался представить ситуацию, в которой можно было бы следовать за световой волной и видеть, как эти электрические и магнитные поля колеблются в перпендикулярных направлениях друг относительно друга, и пришел к выводу, что такого в природе никогда не бывает. Скорость, с которой двигался свет, как он понял, будет одинаковой для всех наблюдателей. Не пространство и время были абсолютными и едиными для всех, а скорость света была инвариантной, постоянной величиной. Из этого прозрения родилась специальная теория относительности, а вместе с ней и понимание того, что законы движения Ньютона применимы только к нерелятивистскому движению, но неприменимы к скоростям, близким к скорости света.

Самая счастливая мысль в его жизни

Но Эйнштейн не остановился на этой мысли. В 1907 году его бывший профессор-преподаватель Герман Минковский связал трехмерное пространство и одномерное время в четырехмерную ткань, известную как пространство-время, где и пространство, и время относительны для каждого наблюдателя, но определенная величина, известная сегодня как пространственно-временной (или эйнштейновский) интервал, всегда остается инвариантной, неизменной. Размышляя о движении объекта в пространстве-времени, Эйнштейн осознал то, что позже назовет своей «самой счастливой мыслью»: принцип эквивалентности.

Он рассматривал движение комнаты в пространстве-времени и два случая:

• комната ускоряется под воздействием внешней силы,

• или комната неподвижна, находится в покое на поверхности Земли,

и осознал, что человек в каждой из этих комнат, уронивший мяч, увидит, почувствует и испытает абсолютно одинаковые физические воздействия. Эти две ситуации были физически эквивалентны, и, следовательно, гравитация была просто другой формой ускорения. Именно это ключевое физическое прозрение заставило Эйнштейна отказаться от плоского, неискривленного пространства-времени специальной теории относительности в пользу разработки искривленного пространства-времени, где материя и энергия определяют кривизну пространства, а это искривленное пространство, в свою очередь, определяет, как материя и энергия в нём движутся. К концу 1915 года Эйнштейн в целом закончил работу над своей новой теорией и представил миру общую теорию относительности, в ее окончательной, современной форме.

Проверка теории Эйнштейна на практике

Хотя теоретические разработки в рамках ОТО происходили быстро, критически необходимым испытанием для её подтверждения должно было стать наблюдение. Безусловно, Эйнштейн уже показал, что:

• в слабых гравитационных полях его теория воспроизводит законы Ньютона,

• в отсутствие гравитационных полей его теория сводится к специальной теории относительности,

• при низких скоростях его уравнения движения снова становятся ньютоновскими,

• и что его теория может объяснить такие наблюдения, как прецессия перигелия Меркурия, которые не могли объяснить законы Ньютона.

Все эти шаги были необходимы для того, чтобы его новая теория оставалась жизнеспособной, поскольку любая новая теория должна как воспроизводить все успехи старой, так и объяснять что-то важное, чего старая теория объяснить не может.

Однако общей теории относительности предстояло преодолеть и третий барьер: сделать новое, еще не проверенное предсказание, отличающееся от предсказаний старой (ньютоновской) теории, которое затем можно было бы проверить. Это предсказание состояло в том, насколько будет искривлён, отклонён свет далёких звезд под действием гравитации вблизи массивного тела: это предсказание можно было проверить по положениям звезд, расположенных близко к Солнцу во время полного солнечного затмения. Не смотря на то, что Первая мировая война сделала невозможным проведение такого наблюдения в 1916 году, а облака испортили попытку измерить это на затмении 1918 года в США, полное солнечное затмение 1919 года расставило всё по местам: предсказания Эйнштейна оказались верны и согласовывались с наблюдениями, в то время как ньютоновские предсказания были отвергнуты. Наконец-то у нас появилась новая теория гравитации для описания нашей Вселенной.

Расширяющаяся Вселенная

Общая теория относительности Эйнштейна, хотя и является невероятно мощной теорией, вовсе не так проста для работы или извлечения из неё предсказаний. Работа с ней невероятно трудна с математической точки зрения, и это, мягко говоря, затрудняет извлечение количественных предсказаний. Кроме того, очень важно, чтобы мы правильно моделировали любую физическую систему, которую рассматриваем, в том смысле, что мы должны корректно записать форму пространства-времени для решаемой задачи. (Что делает решение задач еще сложнее.) Вот почему, хотя теоретически уравнения Эйнштейна имеют бесконечное множество решений, существует только одна физическая Вселенная, к которой их можно применить.

Поэтому для всех, включая самого Эйнштейна, стало сюрпризом, когда в 1927 году Жорж Леметр отправил Эйнштейну письмо, показав, что если объединить решение для пространства-времени Вселенной, равномерно заполненной материей и энергией (его ранее Эйнштейн ошибочно назвал «несовместимым» со своими уравнениями поля, когда Александр Фридман в 1922 году впервые предложил его теоретический вывод), с данными о расстояниях до галактик и их красных смещениях, можно сделать вывод, что Вселенная расширяется. Эйнштейн не верил, что это возможно, и парировал:

«Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable»,

что переводится как:

«Ваши вычисления верны, но ваша физика ужасна».

Но Леметр был прав, как показал Говард Робертсон в следующем году, а затем окончательно подтвердил Хаббл еще через год. Вселенная действительно расширяется, и теория Эйнштейна дала теоретическое объяснение как, почему и насколько.

Гравитационное красное смещение

Существует три основных физических явления, объясняющих, почему свет в нашей Вселенной иногда испытывает красное смещение, то есть смещается в сторону более длинных волн.

1. Существует доплеровское смещение, подобное тому, что наблюдается для звуковых волн, возникающее из-за относительного движения излучающего источника и наблюдателя, который регистрирует сигналы, испускаемые этим источником.

2. Существует космологическое смещение, определяемое расширением пространства между источником и наблюдателем, которое удлиняет длину волны света по мере его путешествия по расширяющейся Вселенной.

3. И существует также гравитационное красное (или синее) смещение, при котором выход из гравитационного поля (из более искривленной области в менее искривленную) или падение в гравитационное поле (в область с большей кривизной) вызывает удлинение (для красного смещения) или укорочение (для синего смещения) длины волны света исключительно из-за гравитационных эффектов.

Это наблюдается в астрофизике для света реликтового излучения как благодаря эффекту Сакса-Вольфа, так и интегральному эффекту Сакса-Вольфа, впервые было продемонстрировано в лабораторном эксперименте, который включал отправку света из более низкой точки гравитационного поля Земли в более высокую: эксперимент Паунда-Ребки 1960-х годов. Даже после смерти Эйнштейна ранее не проверенные предсказания его теории продолжали экспериментально подтверждаться, причем с точностью, невообразимой для Эйнштейна при его жизни.

Черные дыры

Пожалуй, самым замечательным предсказанием общей теории относительности является существование черных дыр: областей пространства, где настолько много энергии сосредоточено в малом объеме, что образуется горизонт событий. Из этой области, ограниченной горизонтом событий, не может вырваться ни один объект, даже сам свет. Предсказывается, что в астрофизическом плане они возникают либо в результате коллапса материи, либо в результате сжатия остатков выгоревшей звезды, теория Эйнштейна делает ряд увлекательных предсказаний для черных дыр и окружающего их пространства-времени, как для вращающихся, так и для не вращающихся вариантов.

Итак, чёрные дыры должны:

• обладать горизонтами событий, или областями, из которых свет не может вырваться, причем два из этих горизонтов событий (показанных выше) теперь сфотографированы напрямую,

• вызывать события приливного разрушения, когда звезды или другие формы материи проходят к ним слишком близко,

• заставлять светящиеся объекты, такие как звезды, белые карлики или нейтронные звезды, казаться вращающимися вокруг несветящейся, но массивной точки в пространстве,

• откачивать/высасывать массу у менее плотных компаньонов, создавая аккреционные диски и генерируя рентгеновское излучение,

• и испускать радиоволны из своего окружения, которые должны казаться «темными», поскольку они происходят на фоне «тени» горизонта событий черной дыры.

Все эти предсказания, в дополнение ко многим другим, впоследствии были подтверждены наблюдениями. Мало того, что теория Эйнштейна оказалась верной в описании явлений, которые должны возникать у черной дыры, но и величина наблюдаемых эффектов в точности соответствует предсказаниям общей теории относительности.

Увлечение пространства-времени

Еще в 1918 году ученые Йозеф Лензе и Ханс Тирринг рассчитали, как вращающееся вокруг одной оси тело, такое как гироскоп, должно прецессировать на «дополнительную» величину из-за присутствия поблизости большой вращающейся массы, которая искажает окружающее пространство-время, такой как вращающаяся Земля. Этот эффект, известный как прецессия Лензе-Тирринга, оставался непроверенным на протяжении многих десятилетий, пока комбинация астрофизических и прямых экспериментальных тестов не стала достаточно точной, чтобы исследовать эффект, предсказанный в рамках теории Эйнштейна.

На экспериментальном фронте замеры Gravity Probe B подтвердили ожидаемый геодезический эффект с точностью около 0,3%, а эффект увлечения инерциальных систем отсчета — с точностью около ~15% в период с 2004 по 2011 год.

В астрофизике направление астрофизической струи (джета) вокруг черной дыры может быстро меняться из-за переориентации аккреционного диска, которая может быть вызвана эффектом Лензе-Тирринга; это наблюдалось в 2019 году вокруг рентгеновской двойной системы с черной дырой V404 Лебедя. Тайминг пульсаров в системе, где компаньоном является близкий, быстро вращающийся белый карлик, также выявил эффект Лензе- Тирринга, и будущие наблюдения звезд в галактическом центре, а также космическим аппаратом Juno, находящимся в настоящее время на орбите Юпитера, призваны обеспечить дальнейшее подтверждение этого предсказания.

Гравитационные волны

Пожалуй, самым долгожданным подтвержденным предсказанием стало существование гравитационных волн: предсказанных как следствие ОТО почти сразу (и самим Эйнштейном) но не наблюдавшихся на протяжении столетия, вплоть до первого обнаружения сливающихся черных дыр обсерваторией LIGO в 2015 году. Хотя ожидалось, что гравитационные волны существуют на основе косвенных доказательств, замеченных как затухание орбиты двойного пульсара, этот новый тип прямого обнаружения стал беспрецедентным. На сегодняшний день подтверждено почти 400 событий с гравитационными волнами, и гравитационно-волновая астрономия является молодой и развивающейся областью, которая позволяет нам исследовать Вселенную гравитационно, не полагаясь на свет любого типа.

Многие другие предсказания общей теории относительности были выведены из теории и проверены, включая задержку Шапиро, гравитационное линзирование, точные тесты принципа эквивалентности с использованием лазерной локации Луны и экспериментов с крутильными весами, тесты гравитационного красного смещения и гравитационного замедления времени, используемые в системах глобального позиционирования, и мелкомасштабные тесты закона тяготения вплоть до масштабов всего в 55 микрон. Где бы мы ни смогли вывести из ОТО физически релевантные предсказания и проверить их, теория Эйнштейна проходила их с блеском.

На фундаментальном уровне у нас есть два класса физических теорий: квантовые теории поля, описывающие сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия, и общая теория относительности Эйнштейна, описывающая гравитационное взаимодействие. Несмотря на то, что она была предложена еще в 1915 году (до открытия мюона, кварков, нейтрино или даже нейтрона), как физическая теория она остается непобежденной, несмотря на то, что является, пожалуй, самой оспариваемой и тщательно изучаемой идеей за всю историю науки. Именно непревзойденный успех общей теории относительности, столь тщательный и столь долгий, делает Эйнштейна такой почитаемой фигурой и, возможно, величайшим физиком всех времен, даже по мнению самых строгих судей: других физиков.

Эта статья была впервые опубликована в феврале 2024 года. Обновлена в сентябре 2026 года.