1905. aastal pööras Albert Einstein teoreetilise füüsika maailma pea peale, avaldades erialal teose, mida hiljem hakati nimetama spetsiaalseks suhtelisuse teooriaks. Ta näitas, et ruumi ja aega ei saa pidada absoluutseteks üksusteks: aeg võib kiireneda või aeglustada, standardpikkus võib kahaneda, mass võib suureneda.
Ja kõige kuulsam tulemus, energia massi samaväärsus ja nende osakaal väljendatakse võrrandi E = mc² kaudu.
Keegi ei kahtle üldrelatiivsusteooria sõnastanud Einsteini geeniuses, kuid on üldtunnustatud, et kui ta poleks 1905. aastal oma teooriat avaldanud, oleks varsti selle asemel teinud mõni teine füüsik.
"Einsteini rist" - neli kujutist ühest kaugest kvasarist, mis on saadud tänu sellele, et sellest tulev valgus paindub ümber meile lähemal asuva galaktika, mis töötab gravitatsiooniläätsena.
Alles 1915. aastal näitas Einstein oma geniaalsust, avaldades oma üldrelatiivsusteooria. Ta väitis, et aegruumi kõverus on proportsionaalne ja see tuleneb ka "energia-impulsi tihedusest", see tähendab energia ja impulss, mis on seotud mis tahes ainega ruumi ruumala ühikus.
See väide leidis kinnitust, kui see langes kokku Merkuuri ebatavalise orbiidi vaatluste ja Päikese ümber painduvate tähtede valgusega.
Viimase saja aasta jooksul on üldrelatiivsusteooriat hämmastava täpsusega testitud ja see on iga kord proovile vastu pidanud. Üldrelatiivsusteooriast on saanud nii hiiglaslik edasiminek, et võib öelda, et kui Einstein poleks seda sõnastanud, võib see jääda avastamata pikaks ajaks.
Tee üldrelatiivsusteooriani
Reklaamvideo:
Aastal 1907 oli Einsteinil Berni patendiametis toolil istudes "elu kõige õnnelikum mõte":
Kui inimene kukub vabalt, ei tunne ta oma kaalu.
Ta juhatas ta "samaväärsuse põhimõtte" sõnastamiseni, mis ütleb, et kiirenevat tugiraami ja gravitatsioonivälja on võimatu eristada. Näiteks kui seisate Maal, on see täpselt sama tunne, nagu seisaksite kosmoselaevas, mis liigub kiirendusega 9,81 m / s² - raskuskiirendusega Maal.
See oli esimene suurem samm uue gravitatsiooniteooria sõnastamise suunas.
Einstein uskus, et "kogu füüsika on geomeetria". Ta mõtles, et aegruumi ja Universumit saab mõelda geomeetriliselt. Üldrelatiivsusteooria kõige üllatavam järeldus, aja ja ruumi dünaamiline olemus viis Einsteini ilmselt vajadusesse "geomeetriline" aegruum ümber mõelda.
Einstein viis läbi rida mõttekatseid, milles võrreldi vaatlejate vaatlusi inertsiaalsetes ja pöörlevas tugiraamistikus.
Ta tegi kindlaks, et pöörlevas tugiraamistikus asuva vaatleja jaoks ei saa aegruum olla eukleidiline, see tähendab näiteks seda tasast geomeetriat, mida me kõik koolides uurime. Relatiivsusega ennustatud anomaaliate arvessevõtmiseks peame oma arutluskäiku lisama "kõvera ruumi". Kumerusest saab tähtsuselt teine eeldus, mis toetab tema üldrelatiivsusteooriat.
Kõvera ruumi kirjeldamiseks pöördus Einstein 19. sajandi matemaatiku Bernard Riemanni varasema töö poole. Oma matemaatikust sõbra Marcel Grossmanni abiga uuris Einstein mitu tüütut aastat kõverate ruumide matemaatikat - mida matemaatikud nimetavad "diferentsiaalgeomeetriaks". Einstein märkis, et "võrreldes gravitatsiooni mõistmisega tundus erirelatiivsusteooria lapse mänguna".
Einsteinil oli nüüd matemaatiline aparaat teooria lõpuni viimiseks. Ekvivalentsuse põhimõte väitis, et kiirenev tugiraam on samaväärne gravitatsiooniväljaga. Geomeetriaõpingute tulemusena uskus ta, et gravitatsiooniväli on kõvera aegruumi lihtne ilming. Seetõttu võis ta näidata, et kiirenevad tugiraamid olid mitte-Eukleidese ruumid.
Areng
Kolmas tähtsam samm oli raskuste kõrvaldamine üldrelatiivsusteooria rakendamisel Newtoni gravitatsioonile. Spetsiaalses relatiivsusteoorias olid valguskiiruse püsivus kõigis võrdlusraamides ja väide, et valguse kiirus on maksimaalne saavutatav kiirus, vastuolus Newtoni gravitatsiooniteooriaga, mis postuleeris gravitatsiooni toimimise hetkelisust.
Lihtsamalt öeldes ütles Newtoni gravitatsioon, et kui päike eemaldatakse päikesesüsteemi keskelt, on selle sündmuse gravitatsiooniline mõju Maal koheselt tunda. Kuid SRT ütleb, et isegi Päikese kadumise mõju liigub valguskiirusel.
Einstein teadis ka, et kahe keha gravitatsiooniline külgetõmme on otseselt proportsionaalne nende massidega, mis järgnes Newtoni F = G * M * m / r²-le. Seetõttu määras mass selgelt gravitatsioonivälja tugevuse. SRT ütleb, et mass on samaväärne energiaga, seega peaks energia-impulsi tihedus määrama ka raskusjõu.
Selle tulemusena olid kolm peamist eeldust, mida Einstein oma teooria sõnastamiseks kasutas:
1. Pöörlevate (mitteinertsiaalsete) tugiraamide korral on ruum kõver (mitteeukleidiline).
2. Ekvivalentsuse põhimõte ütleb, et kiirenevad tugiraamid on samaväärsed gravitatsiooniväljadega.
3. Massi ja energia samaväärsus tuleneb SRT-st ning Newtoni füüsikast järeldub, et mass on proportsionaalne raskusjõuga.
Einstein suutis järeldada, et energia-impulsi tihedus loob aegruumi kõverusega ja on proportsionaalne.
Ei ole teada, millal tal oli oma "ülevaade", kui ta suutis selle mõistatuse lahendada ja seostada massi / energiat ruumi kõverusega.
Aastatel 1913–1915 avaldas Einstein mitu artiklit, töötades samal ajal üldrelatiivsusteooria lõpuleviimisega. Mõnes teoses esines vigu, mis viisid Einsteini raiskama aega tarbetute segajate teoreetilises arutlemises.
Kuid tulem, et energia-impulsi tihedus painutab aegruumi, nagu bowlingupall on venitatud kummileht ja et massi liikumine gravitatsiooniväljas sõltub aegruumi kõverusest, on kahtlemata inimese intelligentsuse suurimad oletused.
Händikäp
Kui kaua oleksime mõistnud raskust, kui mitte Einsteini geenius? Võimalik, et peaksime seda ootama mitu aastakümmet. Kuid 1979. aastal tuleks saladus kindlasti välja. Sel aastal avastasid astronoomid "kaksikkvasiarid" QSO 0957 + 561, mis oli esimene gravitatsiooniläätsede jälgimiseks mõeldud kvasar.
Seda hämmastavat avastust saab seletada ainult aegruumi kõverusega. Tema eest oleksid nad tõenäoliselt andnud Nobeli preemia, kui mitte Einsteini geenius. Või peaks ta ikkagi välja andma.
