Классическими экспериментами, подтверждающими общую теорию оносительности (ОТО), считаются следующие:
1) отклонение луча света в поле тяготения Солнца. Общая теория относительности предсказала, что свет, проходя мимо массивных тел, должен отклоняться на угол, равный 4GMS/c2R (где G - гравитационная постоянная, MS - масса Солнца, с - скорость света, R - расстояние от луча до центра Солнца). Это явление можно проверить экспериментально. Если сфотографировать звезды во время солнечного затмения, то тогда для свет от звезд, оказавшихся на небесной сфере рядом с Солнцем, будет отклоняться и рисунок созвездий слегка изменится. Такое явление было действительно зафиксировано в во время солнечного затмения в 1919 году и его сочли подтверждением теории относительности. В конце ХХ века было обнаружено еще более впечатляющее проявление этого процесса: так называемые "гравитационные линзы": очень массивные небесные тела искривляют свет так, что фокусируют его подобно линзам, в результате чего далекие галактики можно видеть как бы приближенными к нам.
Общая теория относительности объясняет это явление так. В сильном поле тяготения рядом с Солнцем происходит "искривление" пространства, и луч света, проходя по кратчайшей линии в этом искривленном пространстве, кажется нам искривленным. Но ведь для объяснения этого явления не обязательно вводить искривление пространства - после открытия Томсоном в 1903 году взаимосвязи массы и энергии оказалось, что частицы света - фотоны - имеют массу, равную m = hn/c2 = h/(lc) и, следовательно, тоже подвержены гравитационному притяжению, что и объясняет отклонение света в поле тяготения Солнца. Интересно, что гипотеза об отклонении света Солнцем была высказана еще в 1801 году, исходя из корпускулярной теории света, где считалось, что частицы света, имеющие массу, должны быть подвержены полю тяготения. Но в той гипотезе была получена формула для угла отклонения, результаты по которой в 2 раза отличались от формулы теории относительности, поэтому стали говорить, что правильной является трактовка, предлагаемая теорией относительности. На самом же деле формула 1801 года отличается от результатов эксперимента в 2 раза потому, что в ней энергия частицы света определялась как mc2/2 (исходя из формулы для кинетической энергии mv2/2, где v=c). Поскольку на самом деле энергия фотона в 2 раза отличается от той, которая использовалась в формуле 1801 года (не mc2/2, а mc2), то этим и объясняется двукратное различие.
2) гравитационное красное смещение. С помощью эффекта Мёссбауэра (свойство атомных ядер, позволяющее очень точно фиксировать самые малые изменения частоты электромагнитного излучения) было обнаружено, что в гравитационном поле свет распространяется медленнее (т.е. уменьшается его фазовая скорость). Если исходить с точки зрения постоянства скорости света, то это выглядит как смещение спектров фотонов в красную сторону. Утверждают, что это подтверждает вывод теории относительности о замедлении времени в сильном гравитационном поле, аналогично замедлению времени согласно преобразованиям Лоренца (получается такой гравитационный аналог "парадокса близнецов"). На самом же деле гравитационное красное смещение можно, как и предыдущее явление, объяснить исходя из природы фотона. Преодоление фотоном гравитационного притяжения ведет к уменьшению его энергии, и, как следствие, к уменьшению частоты фотона (то есть к сдвигу его длины волны в красную сторону). А наблюдаемое уменьшение скорости света в гравитационном поле должно служить не подтверждением теории относительности, а, наоборот, опровержением принципа постоянства скорости света.
3) смещение перигелия Меркурия. Из теории Ньютона следует, что если сила тяготения в точности пропорциональна квадрату расстояния, то планеты движутся вокруг Солнца по идеальным эллипсам. Если же закон тяготения слегка отклоняется от формулы обратной пропорциональности квадрату расстояния, то оси эллипса начинают будут медленно поворачиваться. Такое смещение перигелия было обнаружено для ближайшей к Солнцу планеты - Меркурия - оно составило 42,56 угловых секунды за столетие. Это явление было объяснено общей теорией относительности, согласно которой перигелий Меркурия должен двигаться со скоростью 6pMS/lc2 - вычисления, сделанные по этой формуле, дали для смещения перигелия значение, равное 43,03 угловых секунды за столетие. Это называют подтверждением общей теории относительности. Однако, заметим, что формула теории относительности дает значение, всё же слегка отличающейся от реального значения. Кроме того, смещение перигелия может быть объяснено и другими причинами (напрмимер, гравитационными возмущениями от других планет). И, наконец, в научной литературе имеется множество утверждений, что результаты наблюдений смещения перигелия Меркурия специально "подгонялись" под теорию относительности. Поэтому данные результаты наблюдений нуждаются в дополнительной проверке.
В конце ХХ - начале XXI века были очень популярны планы еще одного эксперимента по проверке общей теории относительности. Смысл этого эксперимента, опубликованный в научно-популярной литературе еще в середине 1980-х годов, заключался в следующем: на спутнике в условиях невесомости заставим вращаться вокруг своей оси очень гладкие шарики (настолько гладкие, что если бы они были увеличены до размеров Земли, то неровности в этом масштабе не превысили бы нескольких метров). Такие шарики должны были имитировать вращение Земли. Инициаторы эксперимента утверждали, что, согласно теории относительности, подобные шарообразные объекты при своем вращении должны "увлекать за собой пространство-время", в результате чего ось вращения немного сместилась бы (и высокая гладкость шариков нужна была как раз для того, чтобы это смещение оси зафикисировать). Начиная с 2000 года (т.е. с того момента, как автор этих строк ведет регулярный мониторинг публикаций СМИ по космической отрасли), в СМи не реже нескольких раз в год пишут: на следующий год НАСА (вариант - Европейское космическое агентство) запустит такой-то спутник и вот тогда-то теория относительности наконец будет на 100% доказана! Однако никаких сообщений о результатах реализации подобных планов не было. Наконец, в 2004 году американцы запустили спутник под названием "Gravity Probe B", который и должен был выполнить указанный эксперимент. Вскоре до и после его запуска говорилось, что уж теперь-то теория относительности будет доказано на все 100%! Однако впоследствии о дальнейшей судьбе этого проекта было полное молчание и наконец в 2004 году НАСА признало провал "миссии" - искомый эффект "увлечения пространства-времени" так и не был зафиксирован.
В продолжение темы:
2015: Ученые создали измеряющие замедление времени сверхточные часы
2019: Манипуляция сознанием читателей научно-популярных сайтов в вопросе о "подтверждении теории относительности"
2021: Ученые-физики начинают поиски эффекта замедления времени в области активных зон ядерных реакторов