Одним, из самых загадочных природных явлений, к которым приковано внимание ученых всего мира на протяжении многих столетий, является свойство материальных тел взаимно притягиваться друг к другу. Первым по-настоящему осознавшим, что в основе этого явления лежит масса тела, был Иссак Ньютон. Он попытался решить эту проблему, описав её математическими законами в своей книге «Математические начала натуральной философии», которую писал в течение 45 лет.
Согласно его теории все гравитационные эффекты обусловлены силами взаимодействия материальных тел. По Ньютону масса тела обладает двояким свойством. В первом случае она инертна (m>i) и представляет собой отношение негравитационной силы к ускорению, а во втором случае она гравитационна (m>g) и определяет силу притяжения тела другими телами, а также притяжение самим телом других тел. Обе эти величины тождественны друг другу, хотя и получены экспериментально в ходе разных экспериментов и имеют принципиально разную физическую природу.
Теория гравитации Ньютона базируется на силах тяготения, которые являются дальнодействующими и распространяются мгновенно. Она получила всеобщее признание с момента опубликования и продержалась до 1916 года, когда была заменена обшей теорией относительности Эйнштейна.
Необходимость такой замены привело осознание противоречий в основных принципах классической механики, несовместимости принципа относительности и закона распространения света. Как считал Эйнштейн, это связано с тем, что классическая механика опирается на неоправданные гипотезы: промежуток времени между двумя событиями не зависит от движения тела отсчета, не зависит также от него и пространственное расстояние между двумя точками твердого тела, а это означает, что время и пространство абсолютны и разделены между собой.
Противоречия классической механики Эйнштейн разрешил в разработанной им в 1905 году специальной теории относительности (СТО).
Главным теоретическим следствием СТО Эйнштейна является новое понимание массы и энергии физических тел и их систем. Масса в ней определяется энергией тела, а не через силу и ускорение как в механике Ньютона, по формуле:
В СТО также раскрывается возможность превращения энергии покоя в другие виды энергии, здесь закон сохранения массы и закон сохранения энергии объединяются в единый закон сохранения массы – энергии.
Специальная теория относительности получила широкое экспериментальное подтверждение. Её многие следствия используются в настоящее время на практике. Она является краеугольным камнем современной физики, занимает свою область применения. Но её выводы применимы лишь для локальных участков пространства —времени, а в масштабах Вселенной они не приемлемы. Для описания Вселенной используются общая теория относительности (ОТО), которую Эйнштейн опубликовал в 1916 году.
Главное различие этих теорий заключается в том, что в СТО связаны воедино пространство и время (пространство – время), а в ОТО установлена триединая связь: пространство – время – масса. В СТО пространство-время рассматривается плоским, имеющим нулевой тензор кривизны, а в ОТО оно искривлено, с тензором кривизны больше нуля. В ОТО гравитационный эффект обусловлен не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве – времени, а деформацией самого пространства – времени, которая связана с присутствием в ней массы, то есть сила взаимодействия гравитирующих тел определяется кривизной окружающего эти тела пространства.
