Уточню: теория гравитации Эйнштейна – единственная, которая теоретически совершенна и экспериментально подтверждена. Поэтому я – твердый эйнштейнианец. Но фокус в том, что существует две ОТО.
Я занимался, в основном, нерелятивистской небесной механикой, но 30 лет интересуюсь ОТО и фундаментальной проблемой нетензорности энергии гравполя. Я собрал по теории гравитации две сотни научных книг (плюс множество статьей) на русском, английском и немецком языках. В гениальной – и раритетной в советские времена - книге Эддингтона «Теория относительности» (1934) я прочитал (и согласился), что проблема энергии гравполя является интерпретационной – при другом, более широком взгляде, её просто не существует.
Эддингтон писал, что гравитационная энергия – не тензор, потому что она фиктивна. При этом Эддингтон отказывается от закона сохранения энергии в пользу более простого и фундаментального закона изменения энергии.
Вот что заявил Эддингтон относительно энергии гравитационного поля: «Величина [псевдотензора энергии-импульса гравитационного поля], представляет собой потенциальную энергию классической механики, мы же вообще не считаем ее каким-либо видом энергии. Она не является тензорной плотностью, и ее можно сделать равной нулю в любой точке, произведя соответствующее преобразование координат. Мы не рассматриваем [псевдотензор энергии-импульса гравитационного поля] как некоторое абсолютное свойство, характеризующее структуру мира».
Что думает Эддингтон о фиктивной гравитационной энергии как об источнике дополнительного гравполя? Он допускает, что гравэнергия может не иметь гравитационной массы: “Вероятно, и гравитационная энергия имеет массу; или, если это не так, масса возникает, когда гравитационная энергия, как это часто случается, обращается в кинетическую энергию.»
В те времена этот вопрос выглядел малозначительным. Я изучил русское собрание сочинений Эйнштейна, его личные письма, и первые тома Принстонского собрания сочинений – с целью понять: а что сам Эйнштейн думал по вопросу гравэнергии?
Если кратко, то получилось вот что:
В 1913-1916 гравитационная энергия включается Эйнштейном в число источников искривления пространства (стоит справа в уравнения поля). Этот факт многократно подчеркнут и словесно.
Конец 1915 года считается временем рождения ОТО. Назовём её ОТО-1915.
1915-1918 – начались оживлённые дискуссии о странной, нетензорной природе гравитационной энергии. И Эйнштейн призадумался. С середины 1916 года Эйнштейн ни разу больше не утверждает, что гравитационная энергия входит в число источников искривления пространства, и связывает искривление пространства лишь с тензором энергии материи.
После 1916 года Эйнштейн законом сохранения называет общековариантное обобщение закона энергии, т.е. фактически закон изменения энергии.
С 1919 года, Эйнштейн, записывая свои уравнения поля, перестает подставлять гравитационную энергию в правую часть своего уравнения, то есть отказывается считать ее источником гравитационного поля. Обозначим этот вариант теории как ОТО-1919.
Эйнштейн был скуп на комментарии этой проблемы. Лишь выстроив полный ряд из эйнштейновских статей и писем, можно отчетливо понять изменение его точки зрения. Эйнштейн в то время уже шел вперёд (как ему казалось), строил новую теорию, оставив другим объяснить и популяризировать его уже созданные теории. И Эддингтон, считавшийся вторым специалистом по ОТО, блестяще справился с этой задачей, а Эйнштейн одобрительно отозвался о его книге.
Такие титаны, как Дирак и Шредингер, придерживались именно ОТО-1919. Шредингер пишет в 50-х: «Из теории Эйнштейна понятия гравитационной силы тяги и потенциальной энергии исчезли, хотя они изредка используются в целях краткости речи. ...Закон сохранения не дает возможности утверждать, что объем энергии, заключенный в любой данной пространственной области, постоянен, при условии, что нет никакого движения энергии через ее границу... Хорошо известным трюком является приведение законов сохранения к обычной дивергенции... это достигается за счет введения необщековариантного (псевдо-) тензора энергии-импульса-натяжений...»
Дирак чётко отмечает, что правую часть уравнений Эйнштейна «...следует интерпретировать как плотность и поток энергии и импульса (негравитационного происхождения)» и что «В искривленном пространстве энергия и импульс сохраняются лишь приближенно...»
Но ОТО-1919 (или последняя интерпретация ОТО) забыта современными учеными, которые в принципе не читают статей Эйнштейна (хотя бы потому, что НИКАКОГО собрания сочинений Эйнштейна на английском не существует – позорная страница в истории науки!). Нынешних узких специалистов трудно поставить рядом с Эддингтоном и Шредингером, но зато они многочисленны и громкоголосы.
В теоретической физике мелочей не бывает. Ошибка в интерпретации ОТО повела теории Вселенной по ложной дороге. Использование ОТО-1915 вызвало нынешний серьезнейший кризис в теоретической космологии, приведя к проблемам неизбежной сингулярности и непонимания механизма Большого Взрыва. В последние годы кризис усугубился неожиданным открытием ускорения разлета Вселенной. Неправы те, кто считает, что была открыта «темная энергия» - эта «темная», практически феноменологическая концепция является лишь теоретической интерпретацией открытого ускорения. Наблюдения кривых вращения галактик также выявляют избыток притяжения, а не избыток «темной материи» - это тоже всего лишь одна из возможных интерпретаций, пусть даже самая популярная. Вот только популярность теории не гарантирует её верности. Картина мира в рамках ОТО-1915 настолько усложнилась, что большинство астрономов перестали следить за космологией, превратившейся в рыхлое скопление математических теорий без экспериментальных подтверждений.
Но существует ОТО-1919, которой придерживались такие титаны как Эйнштейн, Эддингтон, Шредингер и Дирак. В ней гравитационная энергия – лишь негравитирующая условность, а классический закон сохранения революционно сменился на общий закон изменения.
Неожиданно для себя, я обнаружил, что если встать на точку зрения ОТО-1919, то все проблемы, терзающие космологию в последние десятилетия, мгновенно исчезают. Красота и логичность картины Вселенной в рамках ОТО-1919 понятна даже среднему физику, её можно объяснить даже ребенку. Ключевым фактором динамики Вселенной является циклическое перетекание энергии её материи, которое обладает гравитационной массой, в энергию гравволн, которая этой массой не обладает.
Вселенная с переменной массой оказывается свободной от сингулярностей при коллапсе, не требует введения новых физических полей и пространственных размерностей при разлете, становится понятной как классический, а не квантовый объект. Меня лично захватила новая изящная картина мироздания в рамках старой доброй теории Эйнштейна. Как физик-теоретик с большим стажем, я распознаю истинную теорию сразу, нюхом, чутьём – она ослепительно могущественна, он сокрушает множество преград одним махом, она сразу заявляет о своём превосходстве над окружающими мелкими гипотезами, которые никогда не допрыгивают до окошка, где сидит принцесса.
И я поставил свою научную репутацию на ОТО-1919 и новую модель – опубликовал её в бюллетене Американского астрономического общества, членом которого являюсь, делаю доклады на разных заседаниях и конференциях, включая Академию РАН и Крымскую обсерватори. Возможно, что «тёмная материя» и «эффект Пионера» тоже хорошо уложатся в единую картину – сейчас я и мой соавтор работаем над этитм. Заодно я пишу достаточно популярную книгу «Неизвестная теория Эйнштейна», где собираю все доводы «за».
И, конечно, я не удержался и включил эту модель в научно-фантастическую книгу, где можно обсудить гипотетические приложения новой теории. И читателю дан повод призадуматься над реальностью нынешних космологических теорий – неуклюжих, с воистину фантастическим нагромождением новых сущностей, полей и размерностей, но по прежнему не решающих основные проблемы.
Итак – может ли модель Вселенной, описанная в «Астровитянке», оказаться верной?
Я глубоко верю в это, потому что она прекрасна.
И её крепко держат на своих плечах такие гиганты, как Эйнштейн, Эддингтон, Шредингер и Дирак.
P.S. Графики к дискуссии,развернувшейся в комментах.
Внешняя часть Вселенной еще живет в режиме притяжения, а внутренняя область вокруг несостоявшейся сингулярности поменяла знак градиента и разлетается наружу. Это пружина Большого Взрыва и ускоренного ("инфляционного") начального разлета Вселенной.
Со временем отталкивающий потенциал слабеет, но никогда не станет равным нулю. Полагаю, что это причина до сих пор продолжающегося ускоренного разлета Вселенной.