Введение

Хронология

Ниже представлена хронология развития гравитационной физики и общей теории относительности.

До 1500 года

III век до н. э. – Аристорх Самосский выдвигает гелиоцентрическую модель.

15-е столетие

1543 – Николай Коперник публикует труд «О вращениях небесных сфер». 1589 – Галилео Галилей описывает гидростатические весы для измерения удельного веса. 1590 – Галилео Галилей формулирует модифицированную аристотелевскую теорию движения (позднее опровергнутую), основанную на плотности, а не на весе объектов.

1600-е годы

1602 1608 – Галилео Галилей экспериментирует с движением маятника и на наклонных плоскостях; выводит свой закон свободного падения; и обнаруживает, что снаряды движутся по параболическим траекториям. 1609 – Иоганн Кеплер объявляет о своих первых двух законах движения планет. 1619 – Иоганн Кеплер раскрывает свой третий закон движения планет. 1665–1666 – Исаак Ньютон вводит закон всемирного тяготения, объединяющий земные и небесные теории движения, и использует его для предсказания орбиты Луны и параболической траектории снарядов (последнее, используя его обобщение биномиальной теоремы). 1684 – Исаак Ньютон доказывает, что планеты, движущиеся по закону обратных квадратов, будут подчиняться законам Кеплера в письме Эдмонду Галлею. 1686 – Исаак Ньютон публикует свои "Математические начала натуральной философии", где он развивает своё исчисление, формулирует свои законы движения и гравитации, доказывает теорему о сферической оболочке, описывает свой мысленный эксперимент с вращающимся ведром, объясняет приливы и вычисляет форму Земли. Первое применение законов Ньютона кем-либо, кроме самого Ньютона. 1728 – Исаак Ньютон публикует посмертно свой мысленный эксперимент с пушечным ядром. 1742 – Колин Маклаурин изучает самогравитирующую однородную капельку жидкости в равновесии, сфероид Маклаурина. 1755 – Иммануил Кант развивает туманную гипотезу Эммануила Сведенборга о происхождении Солнечной системы. 1765 – Леонард Эйлер открывает первые три точки Лагранжа. 1767 – Леонард Эйлер решает задачу Эйлера об ограниченном движении трёх тел. 1772 – Жозеф Луи Лагранж открывает две оставшиеся точки Лагранжа. 1796 – Пьер Симон де Лаплас независимо вводит туманную гипотезу.

1900-е годы

1902 – Пол Гербер объясняет движение перигелия Меркурия, используя конечность скорости гравитации. Его формула, по крайней мере приблизительно, совпадает с более поздней моделью из общей теории относительности Эйнштейна, но теория Гербера оказалась неверной. 1902 – Анри Пуанкаре ставит под вопрос понятие одновременности. 1905 – Альберт Эйнштейн завершает свою специальную теорию относительности и открывает эквивалентность массы и энергии в современной форме, исторически известную как сдвиг Эйнштейна. 1907–1909 – Герман Минковский вводит пространство-время Минковского. Его работа была опубликована посмертно. 1909 – Макс Борн выдвигает понятие жесткости. 1909 – Пол Эренфест формулирует парадокс Эренфеста.

1910-е годы

1911 – Альберт Эйнштейн объясняет необходимость заменить как специальную теорию относительности, так и теорию гравитации Ньютона; он понимает, что принцип эквивалентности действует только локально, а не глобально. 1915–16 – Альберт Эйнштейн завершает свою общую теорию относительности. Он объясняет аномальную прецессию перигелия Меркурия, правильно рассчитывает гравитационное линзирование и вводит пост-ньютоновское приближение. 1915 – Дэвид Гильберт вводит принцип действия Гильберта – другой способ вывода уравнений поля Эйнштейна общей теории относительности. Гильберт также отмечает связь между уравнениями Эйнштейна и теоремой Гаусса — Бонне. 1916 – Карл Шварцшильд публикует метрику Шварцшильда примерно через месяц после публикации Эйнштейном общей теории относительности. Это было первое решение уравнений поля Эйнштейна, отличное от тривиального решения плоского пространства. 1916 – Альберт Эйнштейн предсказывает существование гравитационных волн. 1916 – Виллем де Ситтер предсказывает геодезический эффект. 1917 – Альберт Эйнштейн применяет свои уравнения поля ко всей Вселенной. Так рождается физическая космология. 1916–20 – Артур Эддингтон изучает внутреннее строение звёзд. 1918 – Альберт Эйнштейн выводит квадрупольную формулу для гравитационного излучения. 1918 – Йозеф Ленсе и Ханс Тиринг обнаруживают гравитомагнитное увлечение пространства, влияющее на гироскопы, в уравнениях общей теории относительности. 1919 – Артур Эддингтон возглавляет экспедицию для наблюдения солнечного затмения, которая обнаруживает гравитационное отклонение света Солнцем, что, вопреки распространенному мнению, подтверждается современными исследованиями. Другие группы терпят неудачу по причинам войны и политических обстоятельств.

20-е годы

1921 – Теодор Калуца демонстрирует, что пятимерная версия уравнений Эйнштейна объединяет гравитацию и электромагнетизм. Эта идея позже была расширена Оскаром Клейном. 1922 – Александр Фридман выводит уравнения Фридмана. 1922 – Энрико Ферми вводит координаты Ферми. 1923 – Джордж Дэвид Биркофф доказывает теорему Биркоффа об уникальности решения Шварцшильда. 1924 – Артур Эддингтон вычисляет предел Эддингтона. 1925 – Уолтер Адамс измеряет гравитационное красное смещение света, испускаемого компаньоном Сириуса B, белым карликом. 1927 – Жорж Леметр публикует свою гипотезу о первородном атоме. 1929 – Эдвин Хаббл публикует закон, впоследствии названный его именем.

1930-е годы

1931 – Субрахманян Чандрасекар изучает стабильность белых карликов. 1931 – Жорж Леметр и Артур Эддингтон предсказывают расширение Вселенной. 1931 – Альберт Эйнштейн вводит свою космологическую постоянную. 1932 – Альберт Эйнштейн и Виллем де Ситтер предлагают космологическую модель Эйнштейна — де Ситтера. 1932 – Джон Коккрофт и Эрнест Уолтон экспериментально подтверждают уравнение Эйнштейна о связи массы и энергии, искусственно превратив литий в гелий. 1934 – Дмитрий Иванович Блочинцев и Ф. М. Гальперин вводят термин «гравитон». Пол Дирак повторно вводит его в 1959 году. 1934 – Уолтер Бааде и Фриц Цвикки предсказывают существование нейтронных звезд. Хотя детали их предсказания оказались неверными, основная идея получила признание. 1935 – Альберт Эйнштейн и Натан Розен выводят мост Эйнштейна — Розена, первое решение, описывающее червоточину. 1936 – Альберт Эйнштейн предсказывает, что гравитационная линза усиливает свет, приходящий от далекого объекта к наблюдателю. 1937 – Фриц Цвикки предполагает, что галактики могут выступать в роли гравитационных линз. 1937 – Альберт Эйнштейн и Натан Розен получают метрику Эйнштейна — Розена, первое точное решение, описывающее гравитационные волны. 1938 – Альберт Эйнштейн, Леопольд Инфельд и Банеш Хоффман получают уравнения движения Эйнштейна — Инфельда — Хоффмана. 1939 – Ханс Бете показывает, что ядерный синтез является причиной выработки энергии внутри звезд, основываясь на механизме Кельвина — Гельмгольца. 1939 – Ричард Толман решает уравнения поля Эйнштейна для случая сферической капли жидкости. 1939 – Дж. Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер публикуют модель Оппенгеймера — Снайдера для продолжающегося гравитационного сжатия звезды.

1940-е годы

1948 – Ральф Альфер и Роберт Герман предсказывают космическое микроволновое фоновое излучение. 1949 – Корнелиус Ланцзос вводит потенциал Ланцзоса для тензора Вейля. 1949 – Курт Гёдель открывает решение Гёделя.

1950-е годы

1953 – П. С. Вайдья о ньютоновском времени в общей теории относительности, Nature, 171, с. 260. 1954 – Сурадж Гупта предлагает схему вывода уравнений общей теории относительности из квантовой теории поля для безмассовой частицы со спином 2 (гравитона). Эта процедура была реализована Стэнли Дезером в 1970 году, основываясь на его неопубликованной работе, выполненной еще в 1947 году во время обучения в университете. 1956 – Джон Лайтон Синг публикует первый учебник по теории относительности, акцентирующий внимание на диаграммах пространства-времени и геометрических методах. 1957 – Феликс А. Э. Пирани применяет классификацию Петрова для изучения гравитационного излучения. 1957 – Ричард Фейнман вводит аргумент о "липкой бусинке", а позднее выводит квадрупольную формулу в письме Виктору Вайскопфу (1961). 1959 – Роберт Паунд и Глен Ребка предлагают эксперимент Паунда — Ребки, первый прецизионный тест гравитационного красного смещения. Эксперимент основан на эффекте Мёссбауэра. 1959 – Луис Бел вводит тензор Бела — Робинсона и разложение Бела тензора Римана. 1959 – Артур Комар вводит массу Комара. 1959 – Ричард Арновитт, Стэнли Дезер и Чарльз В. Миснер разработали ADM-формализм.

1980-е годы

1980 – Вера Рубин и коллеги изучают вращательные свойства UGC 2885, демонстрируя повсеместность темной материи. 1980 – Гравитационный зонд A подтверждает гравитационное красное смещение с точностью до 0,007%, используя бортовой водородный мазер. 1980 – Джеймс Бардин объясняет структуру Вселенной, используя теорию космологических возмущений. 1981 – Алан Гут выдвигает теорию космической инфляции для решения проблем плоскостности и горизонта. 1982 – Джозеф Тейлор и Джоэл Вайсберг показывают, что скорость потери энергии бинарным пульсаром PSR B1913+16 согласуется с предсказаниями общей теории относительности, основанными на квадрупольной формуле, с точностью до 5%. 1986 – Гельмут Фридрих доказывает стабильность пространства-времени де Ситтера. 1986 – Бернард Шутц показывает, что космические расстояния можно определять, используя источники гравитационных волн, без привязки к космической лестнице расстояний. Так рождается стандартная сиреновая астрономия. 1988 – Майк Моррис, Кип Торн и Юртсевер Ульви получают решение для червоточины Морриса-Торна. Моррис и Торн утверждают о её педагогической ценности. 1989 – Стивен Вайнберг обсуждает проблему космологической постоянной, расхождение между измеренным значением и предсказаниями современных теорий элементарных частиц.

1990-е годы

1992 – Стивен Хокинг формулирует гипотезу защиты хронологии. 1993 – Демитриос Христодулу и Серджиу Клайнерман доказывают нелинейную устойчивость пространства-времени Минковского. Эта основа может быть использована для анализа двойных систем, наблюдаемых гравитационно-волновыми обсерваториями. 1995 – Получено изображение «Глубокого поля Хаббла», ставшее важной вехой в изучении космологии. 1998 – С помощью космического телескопа Хаббл и радиоинтерферометра MERLIN обнаружено первое полное кольцо Эйнштейна B1938+666. 1996–1998 – RELIKT-1 и COBE идентифицируют анизотропию в космическом микроволновом фоне. 1998–1999 – Ученые обнаруживают, что расширение Вселенной ускоряется. 1999 – Алессандра Буонано и Тибо Дамур представляют эффективный формализм одного тела, который впоследствии использовался для анализа данных, полученных гравитационно-волновыми обсерваториями.

2000-е годы

2003 – Арвинд Борде, Алан Гут и Александр Виленкин доказывают теорему Борде — Гут — Виленкин. 2002 – Первое получение данных обсерваторией лазерных интерферометров гравитационных волн (LIGO). 2002 – Джеймс Уильямс, Слава Турышев и Дейл Боггс проводят тщательное лунное испытание на предмет нарушений принципа эквивалентности. 2005 – Дэниел Холц и Скотт Хьюз вводят термин "стандартные сирены". 2009 – Эксперимент Gravity Probe B подтверждает геодезический эффект с точностью до 0,5%.

2010-е годы

2011 – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) не обнаруживает статистически значимых отклонений от ΛCDM-модели космологии. 2012 – Опубликовано изображение Ультраглубокого поля Хаббла, созданное на основе данных, собранных космическим телескопом Хаббл в период с 2003 по 2004 год. 2013 – NuSTAR и XMM Newton измеряют спин сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 1365. 2015 – Усовершенствованный LIGO сообщает о первых прямых обнаружениях гравитационных волн GW150914 и GW151226, возникших в результате слияния черных дыр звездной массы. Рождается астрономия гравитационных волн. Отклонений от общей теории относительности не обнаружено. 2017 – Коллаборация LIGO VIRGO обнаруживает гравитационные волны, испущенные двойной системой нейтронных звезд GW170817. Космический телескоп Ферми и Международная лаборатория астрофизики гамма-лучей (INTEGRAL) однозначно регистрируют соответствующий гамма-всплеск. LIGO VIRGO и Fermi ограничивают разницу между скоростью гравитации и скоростью света в вакууме. Это первое одновременное обнаружение электромагнитных и гравитационных волн от одного источника, которое предоставляет прямое доказательство того, что некоторые (короткие) гамма-всплески вызваны столкновением нейтронных звезд, например, с образованием таких элементов, как стронций, посредством процесса быстрого захвата нейтронов (r-процесса). 2017 – Спутниковый эксперимент MICROSCOPE проверяет принцип эквивалентности с точностью до в терминах отношения Этвёша. Окончательный отчет опубликован в 2022 году. 2017 – Принцип эквивалентности проверен с точностью 10<sup>-9</sup> для атомов в когерентном состоянии суперпозиции. 2017 – Ученые начинают использовать источники гравитационных волн в качестве "стандартных сирен" для измерения постоянной Хаббла, получив значение, согласующееся с лучшими оценками того времени. Совершенствование этой методики поможет разрешить расхождения между различными методами измерений. 2017 – Нейтронный исследователь состава звезд (NICER) прибывает на Международную космическую станцию. Planck работал в период с 2009 по 2013 год. 2018 – Михалис Дафермос и Джонатан Лук опровергают гипотезу сильной космической цензуры для горизонта Коши незаряженной вращающейся черной дыры. 2018 – Коллаборация LIGO VIRGO ограничивает уравнения состояния нейтронной звезды, используя данные GW170817. 2018 – Лучано Реззолла, Элиас Р. Мост и Лукас Р. Вайх, используя данные гравитационных волн от GW170817, ограничивают возможную максимальную массу нейтронной звезды примерно 2,17 солнечными массами. 2018 – Крис Пардо, Майя Фишбах, Дэниел Холц и Дэвид Спергель ограничивают количество пространственно-временных измерений, через которые могут распространяться гравитационные волны, до 3+1, что согласуется с общей теорией относительности и исключает модели, допускающие "утечку" в высшие пространственные измерения. Анализ GW170817 также исключил многие другие альтернативы общей теории относительности и гипотезы о темной энергии. 2018 – Две различные экспериментальные группы сообщают о высокоточных значениях гравитационной постоянной Ньютона, которые незначительно различаются. 2019 – Телескоп "Горизонт событий" (EHT) публикует изображение сверхмассивной черной дыры M87*, измеряет ее массу и тень. Результаты подтверждены в 2024 году. 2019 – Усовершенствованные LIGO и VIRGO обнаруживают GW190814, столкновение черной дыры массой 26 солнечных масс и объекта массой 2,6 солнечных масс – либо чрезвычайно тяжелой нейтронной звезды, либо очень легкой черной дыры. Это самый большой разрыв в массе, наблюдавшийся в источниках гравитационных волн на сегодняшний день.

2020-е годы

2020 – Принцип эквивалентности проверен для отдельных атомов с использованием атомной интерферометрии с точностью до ~10 12. 2021 – Джун Йе и его команда измерили гравитационное красное смещение с точностью 7,6 × 10−21, используя ультрахолодное облако из 100 000 атомов стронция в оптической решетке. 2021 – EHT измерил поляризацию кольца M87* и другие свойства магнитного поля в его окрестностях. 2021 – EHT опубликовал изображение Стрельца A*, центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, измерил его тень и показал, что она точно описывается метрикой Керра. 2022 – Крис Оверстрит и его команда наблюдали гравитационный эффект Ааронова — Бома, используя экспериментальную установку 2012 года. 2022 – Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) опубликовал свое первое изображение – снимок глубокого космоса скопления галактик SMACS 0723. 2022 – Обсерватория Нила Герелса зафиксировала GRB 221009A, самый яркий зарегистрированный всплеск гамма-лучей. 2022 – JWST идентифицировал несколько кандидатов в объекты с высоким красным смещением, соответствующие периоду всего нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва. 2023 – Джеймс Найтингейл и его коллеги обнаружили Abell 1201, ультрамассивную черную дыру (33 миллиарда солнечных масс), используя эффект сильного гравитационного линзирования. 2023 – Маттео Бачетти и его коллеги подтвердили, что нейтронная звезда M82 X-2 превышает предел Эддингтона, что делает ее ультраярким источником рентгеновского излучения (ULX). 2023 – Группа под руководством Донг Шэна и Чжэн Тянь Лу не обнаружила связи между квантовым спином и гравитацией с точностью до 10−9. 2023 – Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн (NANOGrav), Европейский массив синхронизации пульсаров (EPTA), Парксский массив синхронизации пульсаров (Австралия) и Китайский массив синхронизации пульсаров сообщили об обнаружении гравитационно-волнового фона. 2023 – Джерейнт Ф. Льюис и Брендон Брюэр представили доказательства космологического замедления времени в квазарах.