Почему предметы падают на землю? «Из-за гравитации», — скажете вы. Но что такое гравитация? Древнегреческий философ Аристотель говорил, что предметы падают потому, что каждый из четырех элементов (земля, воздух, огонь и вода) имеет свое естественное место, и эти элементы имеют тенденцию двигаться обратно к своему естественному месту. Так, предметы, сделанные из земли, стремились вернуться на землю, в то время как огонь, например, поднимался к небу.
Такое представление о причинах падения предметов господствовало вплоть до научной революции, начавшейся в эпоху Возрождения. «Стоя на плечах таких гигантов, как Кеплер и Галилей, Исаак Ньютон понял, что яблоко, падающее на землю, и Луна, вращающаяся вокруг Земли, подвержены одной и той же гравитационной силе. Эта сила пропорциональна массе двух тел, притягивающихся друг к другу, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. (То есть, когда два тела находятся на расстоянии вдвое большем, чем раньше, гравитационное притяжение становится 1/[2×2], или ¼ силы). Эта сила действует между всем во Вселенной и хорошо объясняет движение Луны и планет.
Ну, почти. Ньютоновская гравитация имела свои триумфы. С ее помощью было предсказано местоположение неизвестной тогда планеты Нептун. Однако для Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, закон Ньютона оказался не столь точным в предсказании местоположения перигелия планеты (точки на ее орбите, где она ближе всего к Солнцу), как для остальных. Казалось, что эта точка движется вокруг Солнца, и это движение не давало покоя астрономам, пока в 1915 году Эйнштейн не представил свою теорию общей относительности, в которой гравитация не является силой, распространяющейся по Вселенной, а представляет собой изгиб пространства-времени вокруг массивного объекта. Орбиты планет и яблоки, падающие на землю, следуют за формой пространства-времени.
В ноябре 1915 года Эйнштейн написал четыре работы по общей теории относительности. В третьей он точно рассчитал движение перигелия Меркурия. Новое описание гравитации в общей теории относительности быстро указало путь к новой науке. Теория была подтверждена в 1919 году, когда британские экспедиции по наблюдению солнечного затмения в Африке и Южной Америке показали, что на путь света влияет гравитационное поле Солнца. Описания черных дыр и большого взрыва также основаны на общей теории относительности. Теория Эйнштейна даже привела к появлению нового вида астрономии с использованием гравитационных волн, которые впервые были обнаружены непосредственно в 2015 году с помощью прибора LIGO.
