V roce 1905 obrátil Albert Einstein svět teoretické fyziky naruby publikováním díla v oboru, který by později byl nazýván speciální teorií relativity. Ukázala, že prostor a čas nelze považovat za absolutní entity: čas se může zrychlit nebo zpomalit, standardní délky se mohou smršťovat, masy se mohou zvětšovat.
A nejslavnějším výsledkem je ekvivalence hmotnosti energie a jejich podíl je vyjádřen pomocí rovnice E = mc².
Nikdo nepochybuje o genialitě Einsteina, který formuloval obecnou relativitu, ale obecně se uznává, že kdyby svou teorii v roce 1905 nepublikoval, brzy by to místo něj udělal nějaký jiný fyzik.
„Einsteinův kříž“- čtyři obrazy jednoho vzdáleného kvasaru, získané díky tomu, že světlo z něj se ohýbá kolem galaxie umístěné blíže k nám a funguje jako gravitační čočka.
Až v roce 1915 Einstein prokázal svou genialitu zveřejněním své teorie obecné relativity. Tvrdila, že zakřivení časoprostoru je proporcionální a také k němu dochází v důsledku „hustoty energie a hybnosti“, tj. Energie a hybnosti spojené s jakoukoli hmotou v jednotkovém objemu prostoru.
Toto tvrzení bylo potvrzeno, když se shodovalo s pozorováním neobvyklé oběžné dráhy Merkuru a ohýbání hvězd kolem Slunce.
Za posledních sto let byla obecná relativita testována s úžasnou přesností a pokaždé v ní obstála. Obecná relativita se stala tak velkým skokem vpřed, že lze říci, že kdyby ji Einstein nezformuloval, mohla by zůstat dlouho neobjevená.
Cesta k obecné relativitě
Propagační video:
V roce 1907 měl Einstein „nejšťastnější myšlenku na celý život“, když seděl na židli v patentovém úřadu v Bernu:
Pokud člověk volně padá, necítí svou váhu.
Vedla ho k formulaci „principu ekvivalence“, který říká, že je nemožné rozlišovat mezi zrychlujícím se referenčním rámcem a gravitačním polem. Například pokud stojíte na Zemi, bude se cítit úplně stejně, jako kdybyste stáli v kosmické lodi pohybující se zrychlením 9,81 m / s² - s gravitačním zrychlením na Zemi.
Jednalo se o první hlavní krok k formulaci nové teorie gravitace.
Einstein věřil, že „veškerá fyzika je geometrie“. Myslel tím, že na časoprostor a vesmír lze myslet geometricky. Nejpřekvapivější závěr obecné relativity, dynamická povaha času a prostoru, zřejmě vedla Einsteina k potřebě přehodnotit „geometrický“časoprostor.
Einstein provedl řadu úhledných myšlenkových experimentů srovnávajících pozorování pozorovatelů v inerciálních a rotujících referenčních rámcích.
Zjistil, že pro pozorovatele v rotujícím referenčním rámci nemůže být časoprostor euklidovský, tj. Jako plochá geometrie, kterou všichni studujeme na školách. Musíme do našeho uvažování zavést „zakřivený prostor“, abychom zohlednili anomálie předpovídané relativitou. Zakřivení se stává druhým nejdůležitějším předpokladem podporujícím jeho obecnou relativitu.
Aby popsal zakřivený prostor, obrátil se Einstein k dřívější práci Bernarda Riemanna, matematika z 19. století. S pomocí svého přítele Marcela Grossmanna, také matematika, strávil Einstein několik zdlouhavých let studiem matematiky zakřivených prostorů - čemu matematici říkají „diferenciální geometrie“. Einstein poznamenal, že „ve srovnání s pochopením gravitace se speciální relativita jevila jako dětská hra.“
Einstein nyní měl matematický aparát, aby teorii dokončil. Princip ekvivalence uvedl, že zrychlovací referenční rámec je ekvivalentní gravitačnímu poli. V důsledku svých studií v geometrii věřil, že gravitační pole bylo jednoduchým projevem zakřiveného časoprostoru. Proto mohl ukázat, že zrychlující referenční rámce byly neeuklidovské prostory.
Rozvoj
Třetím nejdůležitějším krokem bylo odstranění obtíží při aplikaci obecné relativity na Newtonovu gravitaci. Ve speciální teorii relativity odporovala Newtonova teorie gravitace stálost rychlosti světla ve všech referenčních rámcích a tvrzení, že rychlost světla je maximální dosažitelná rychlost, která postulovala okamžitost gravitačního působení.
Jednoduše řečeno, newtonovská gravitace řekla, že pokud by bylo slunce odstraněno ze středu sluneční soustavy, gravitační účinek této události by byl na Zemi okamžitě pociťován. SRT ale říká, že i účinek zmizení Slunce se bude pohybovat rychlostí světla.
Einstein také věděl, že gravitační přitažlivost dvou těles je přímo úměrná jejich hmotám, což vyplývalo z Newtonova F = G * M * m / r². Hmotnost proto jasně určovala sílu gravitačního pole. SRT říká, že hmotnost je ekvivalentní energii, takže hustota energie hybnosti by měla také určovat gravitační sílu.
Výsledkem bylo, že tři klíčové předpoklady, které Einstein použil při formulování své teorie, byly:
1. V rotujících (neinerciálních) referenčních rámcích je prostor zakřivený (neeuklidovský).
2. Princip ekvivalence říká, že zrychlující se referenční rámce jsou ekvivalentní gravitačním polím.
3. Ekvivalence hmoty a energie vyplývá ze SRT az newtonovské fyziky vyplývá, že hmotnost je úměrná gravitační síle.
Einstein dokázal dojít k závěru, že hustota energie a hybnosti vytváří a je úměrná zakřivení časoprostoru.
Není známo, kdy měl svůj „vhled“, kdy byl schopen vyřešit tuto hádanku a spojit hmotu / energii se zakřivením vesmíru.
Od roku 1913 do roku 1915 publikoval Einstein několik prací a pracoval na dokončení obecné teorie relativity. V některých pracích došlo k chybám, což vedlo Einsteina k tomu, že v teoretickém uvažování ztrácel čas zbytečným rozptylováním.
Čistý výsledek, že hustota energie a hybnosti ohýbá časoprostor, jako bowlingová koule je napnutá gumová vrstva, a že pohyb hmoty v gravitačním poli závisí na zakřivení časoprostoru, je bezpochyby největšími odhady lidské inteligence.
Handicap
Jak dlouho bychom chápali gravitaci, ne-li génius Einstein? Je možné, že bychom na to museli čekat mnoho desetiletí. Ale v roce 1979 záhada určitě vyšla najevo. V tomto roce astronomové objevili „twin quasars“, QSO 0957 + 561, první kvasar, který pozoroval gravitační čočku.
Tento úžasný objev lze vysvětlit pouze zakřivením časoprostoru. Za něj by určitě dostali Nobelovu cenu, nebýt geniality Einsteina. Nebo by možná měla být stále rozdávána.
