1905. Albert Einstein preokrenuo je svijet teoretske fizike objavljivanjem djela u disciplini koja će se kasnije nazvati posebna teorija relativnosti. Pokazala je da se prostor i vrijeme ne mogu smatrati apsolutnim cjelinama: vrijeme se može ubrzati ili usporiti, standardne duljine mogu se skupiti, mase mogu povećati.
I, najpoznatiji rezultat, ekvivalencija mase energije i njihov udio izražava se jednadžbom E = mc².
Nitko ne sumnja u genijalnost Einsteina, koji je formulirao opću relativnost, ali općenito je prihvaćeno da bi, da nije objavio svoju teoriju 1905. godine, neki drugi fizičar to uskoro učinio umjesto njega.
"Einsteinov križ" - četiri slike jednog udaljenog kvazara, dobivene zbog činjenice da se svjetlost iz njega savija oko galaksije smještene bliže nama, radeći kao gravitacijska leća.
Tek 1915. godine Einstein je pokazao svoj genij objavljujući svoju teoriju opće relativnosti. Tvrdila je da je zakrivljenost prostor-vremena proporcionalna, a također se javlja zbog "gustoće energije-impulsa", to jest energije i impulsa povezane s bilo kojom materijom u jedinici volumena prostora.
Ova je izjava potvrđena kada se poklopila s opažanjima neobične orbite Merkura i sa svjetlošću zvijezda koje se savijaju oko Sunca.
Tijekom posljednjih stotinu godina opća je relativnost testirana s nevjerojatnom točnošću i svaki je put izdržala test. Opća je relativnost postala tako golem skok naprijed da se može reći da bi je Einstein mogao formulirati dugo vremena mogao ostati neotkriven.
Put do opće relativnosti
Promotivni video:
1907. Einsteinu je bila "najsretnija misao u životu" dok je sjedio na stolici u patentnom uredu u Bernu:
Ako osoba slobodno pada, ne osjeća svoju težinu.
Dovela ga je do formulacije "principa ekvivalencije", koji kaže da je nemoguće razlikovati ubrzavajući referentni okvir i gravitacijsko polje. Na primjer, ako stojite na Zemlji, osjećat ćete se potpuno isto kao da stojite u svemirskom brodu koji se kreće ubrzanjem 9,81 m / s² - s ubrzanjem gravitacije na Zemlji.
To je bio prvi veliki korak prema formuliranju nove teorije gravitacije.
Einstein je vjerovao da je "sva fizika geometrija". Htio je reći da se o prostoru-vremenu i Svemiru može razmišljati geometrijski. Najiznenađujući zaključak opće relativnosti, dinamična priroda vremena i prostora, očito je doveo Einsteina do potrebe da preispita "geometrijski" prostor-vrijeme.
Einstein je proveo niz urednih misaonih eksperimenata uspoređujući promatranja promatrača u inercijskim i rotirajućim referentnim okvirima.
Utvrdio je da za promatrača u rotirajućem referentnom okviru prostor-vrijeme ne može biti euklidski, odnosno poput one ravne geometrije koju svi proučavamo u školama. Moramo u svoje obrazloženje uvesti "zakrivljeni prostor" kako bismo objasnili anomalije predviđene relativnošću. Zakrivljenost postaje druga najvažnija pretpostavka koja podupire njegovu opću relativnost.
Da bi opisao zakrivljeni prostor, Einstein se okrenuo ranijem radu Bernarda Riemanna, matematičara iz 19. stoljeća. Uz pomoć svog prijatelja Marcela Grossmanna, također matematičara, Einstein je proveo nekoliko dosadnih godina proučavajući matematiku zakrivljenih prostora - ono što matematičari nazivaju "diferencijalnom geometrijom". Einstein je primijetio da se "u usporedbi s razumijevanjem gravitacije, posebna relativnost doimala kao dječja igra."
Einstein je sada imao matematički aparat da teoriju dovede do kraja. Načelo ekvivalencije reklo je da je ubrzavajući referentni okvir ekvivalentan gravitacijskom polju. Kao rezultat studija geometrije, vjerovao je da je gravitacijsko polje jednostavna manifestacija zakrivljenog prostora-vremena. Stoga bi mogao pokazati da su ubrzavajući referentni okviri neeuklidski prostori.
Razvoj
Treći najvažniji korak bilo je uklanjanje poteškoća u primjeni opće relativnosti na Newtonovu gravitaciju. U posebnoj teoriji relativnosti, postojanost brzine svjetlosti u svim referentnim okvirima i tvrdnja da je brzina svjetlosti najveća dostižna brzina, proturječila je Newtonovoj teoriji gravitacije, koja je postulirala o trenutnom djelovanju gravitacije.
Jednostavno rečeno, Newtonova gravitacija rekla je da će se, ako se sunce ukloni iz središta Sunčevog sustava, gravitacijski učinak ovog događaja trenutno osjetiti na Zemlji. Ali SRT kaže da će se čak i učinak nestanka Sunca kretati brzinom svjetlosti.
Einstein je također znao da je gravitacijsko privlačenje dvaju tijela izravno proporcionalno njihovim masama, što je slijedilo iz Newtonovog F = G * M * m / r². Stoga je masa jasno odredila jakost gravitacijskog polja. SRT kaže da je masa ekvivalentna energiji, stoga bi gustoća energije i impulsa također trebala odrediti silu gravitacije.
Kao rezultat, tri ključne pretpostavke koje je Einstein koristio za formuliranje svoje teorije bile su:
1. U rotirajućim (neinercijalnim) referentnim okvirima prostor je zakrivljen (neeuklidski).
2. Načelo ekvivalencije kaže da su ubrzavajući referentni okviri ekvivalent gravitacijskim poljima.
3. Ekvivalencija mase i energije slijedi iz SRT-a, a iz Newtonove fizike proizlazi da je masa proporcionalna sili gravitacije.
Einstein je uspio zaključiti da gustoća zamaha energije stvara i proporcionalna je zakrivljenosti prostora-vremena.
Nije poznato kada je imao svoj "uvid", kada je mogao riješiti ovu zagonetku i povezati masu / energiju sa zakrivljenošću prostora.
Od 1913. do 1915. Einstein je objavio nekoliko radova, dok je radio na dovršetku opće relativnosti. U nekim su radovima naišli na pogreške, što je dovelo do toga da je Einstein gubio vrijeme na nepotrebna ometanja u teorijskom rezoniranju.
No, neto rezultat, da gustoća energije i zamaha savija prostor-vrijeme, poput kuglačke kugle je razvučeni lim od gume i da kretanje mase u gravitacijskom polju ovisi o zakrivljenosti prostor-vremena, bez sumnje je najveća pretpostavka koju je stvorila ljudska inteligencija.
Hendikep
Koliko dugo bismo razumjeli gravitaciju da nije bilo genija Einsteina? Moguće je da bismo na to morali čekati mnogo desetljeća. Ali 1979. zagonetka će sigurno izaći na vidjelo. Te su godine astronomi otkrili "blizance kvazare", QSO 0957 + 561, prvi kvazar koji je promatrao gravitacijsko lećenje.
Ovo nevjerojatno otkriće može se objasniti samo zakrivljenošću prostor-vremena. Za njega bi sigurno dali Nobelovu nagradu, da nije bilo genija Einsteina. Ili bi je možda ipak trebalo izdati.
