Vědci tedy objevili gravitační vlny - vlnky časoprostoru. Albert Einstein předpokládal jejich existenci před 100 lety a přímé pozorování poskytlo konečný důkaz mistrovského díla velkého vědce: obecné teorie relativity. Vědci z Caltechu a MIT objevili gravitační vlnu generovanou dvěma srážejícími se černými dírami.
Einstein nebyl vždy považován za génia. Když poprvé vyjádřil své pochybné myšlenky o relativitě, někteří vědci zorganizovali protesty. Jiní Einsteina v tisku jednoduše hanobili a obviňovali ho jak z nebezpečných nápadů, tak iz židovského původu.
Vědecká práce však obrátila fyziku vzhůru nohama od jejích samotných základů. Einsteinův vesmír si rychle a přirozeně pohrává s koncepty polohy a rychlosti - kromě světla, které vždy prochází vakuem rychlostí 300 milionů metrů za sekundu. Prostor a čas se mísí do čtyřrozměrné melasy zvané časoprostor, kterou lze protáhnout a zkreslit hmotou, hmotou a hmotou. A pohybující se hmota sleduje křivky časoprostoru - skrytou geometrii, kterou vnímáme jako gravitaci.
Zní to jako naprostý nesmysl.
Ale za posledních 100 let experimenty znovu a znovu ukázaly: Einstein má pravdu. Jeho teorie byla prokázána příliš mnohokrát, než aby zde byly uvedeny všechny tyto časy, ale i ty nejvýraznější případy jsou působivé.
Světlo je vlna i částice
Propagační video:
Einsteinovo jméno je nejčastěji spojováno s relativitou, ale za svou práci se světlem získal Nobelovu cenu. Klasická fyzika předpokládala, že světlo je vlna, ale tato teorie nedokázala vysvětlit, jak a proč kovy emitují elektrony, když jsou osvětleny - tento jev se nazývá fotoelektrický jev.
Einstein vysvětlil toto podivné chování tím, že navrhl, že světlo je ve skutečnosti tvořeno pakety diskrétních vln (fotonů) s energiemi souvisejícími s jejich frekvencí. Tento objev vedl ke vzniku kvantové fyziky, ve které se všechny atomy chovají zvláštním způsobem podobným vlnám, a Einstein pomohl uskutečnit tento objev.
Časoprostor se může ohýbat
Einsteinovo první velké vítězství v obecné relativitě přišlo, když vysvětlil záhadné zakolísání na oběžné dráze Merkuru. V roce 1859 připsal brilantní francouzský astronom Urbain Le Verrier tento efekt nikdy předtím neviděné planetě zvané Vulcan, jak říká, přitahuje Merkur. Ale roky hledání nevedly k ničemu, nikdo nenašel žádného Vulkána.
K Einsteinově velkému potěšení jeho nová teorie relativity postavila Vulkán na nohy a ukázala, že hmota Slunce se ohýbá blízko časoprostoru, podobně jako bowlingová koule ohne pružný, ale měkký povrch. Vzhledem k tomu, že Merkur je tak blízko ke Slunci, jeho kolísající dráha je nejbližší cestou skrz časoprostor zakřivený hmotou Slunce. Neexistuje ani neexistovala žádná jiná planeta: jde o geometrii vesmíru, o které Newton netušil.
Časoprostor může být „čočka“
Einstein měl znovu pravdu v květnu 1919 během úplného zatmění Slunce. Podle teorie relativity bude časoprostor zakřivený hmotou slunce ohýbat přicházející světlo hvězd jako čočka.
Britský astronom Arthur Eddington pořídil velké snímky zatmění a zjistil, že Slunce roztáhlo hvězdokupu Hyades a ohýbalo světlo jednotlivých hvězd asi o jednu dvě tisíciny stupně, jak předpovídal Einstein, který zdvojnásobil zakřivení předpovídané newtonovskou fyzikou.
Ani Einstein nečekal, jak užitečný bude tento fenomén pro astronomy: astronomové se mohou pomocí galaxií jako obřích čoček dívat do minulosti v nejranějších letech vesmíru. A když astronomové vidí, že čočka je způsobena neviditelnými hmotami, umožňuje jim to mapovat rozsáhlé oblasti temné hmoty.
Rotace hmot zkroucuje časoprostor
Nejen, že záleží na warpovém časoprostoru, jako je bowlingová koule, ale rotující masy jako Země snadno přitahují prostor kolem sebe, jako lžíce v melasě. To ovlivňuje oběžné dráhy nejbližších satelitů - bizarní efekt přetahování setrvačných referenčních rámců, efekt Lense-Thirring.
Účinek Lense-Thirring, který předpověděla obecná relativita v roce 1918, byl potvrzen v roce 2004, kdy vědci zjistili, že rotace Země snadno přemístila oběžné dráhy dvou satelitů. V roce 2011 sonda NASA Gravity Probe B potvrdila nález a zpřesnila čísla.
Gravitace zpomaluje čas
Einsteinovy rovnice také dávají hmotě schopnost zrychlit nebo zpomalit čas - a změnit barvu světla.
Tuto podivnou předpověď můžeme vidět i ze Země: světlo vzdálených hvězd zabírá vyšší frekvence - nebo vypadá modřeji - než by pozorovatel viděl v hlubokém vesmíru. A čím více se vzdalujete od gravitační studny Země, tím nižší a nižší je frekvence, kterou světlo vyzařované ze Země přijímá, a dodržuje účinek gravitačního červeného posuvu.
Koneckonců, ani váš smartphone nemůže ignorovat teorii relativity: bez relativistických oprav by hodiny na satelitech GPS tikaly každý den o 38 mikrosekund rychleji než na zemském povrchu, což by po dvou minutách zničilo přesnost systému a přidalo 10 kilometrů chyb denně.