1905. gadā Alberts Einšteins apgrieza otrādi teorētiskās fizikas pasauli, disciplīnā publicējot darbu, ko vēlāk dēvēs par īpašo relativitātes teoriju. Viņa parādīja, ka telpu un laiku nevar uzskatīt par absolūtām vienībām: laiks var paātrināties vai palēnināties, standarta garumi var sarukt, masas var palielināties.
Visslavenākais rezultāts - enerģijas masas ekvivalence un to proporcija tiek izteikta ar vienādojumu E = mc².
Neviens nešaubās par Einšteina ģēniju, kurš formulēja vispārējo relativitāti, taču ir vispāratzīts, ka, ja viņš 1905. gadā nebūtu publicējis savu teoriju, drīz viņa vietā to izdarītu kāds cits fiziķis.
"Einšteina krusts" - četri attāla viena kvazāra attēli, kas iegūti sakarā ar to, ka gaisma no tā noliecas ap galaktiku, kas atrodas tuvāk mums, darbojoties kā gravitācijas lēca.
Tikai 1915. gadā Einšteins parādīja savu ģēniju, publicējot savu vispārējās relativitātes teoriju. Viņa apgalvoja, ka laiktelpas izliekums ir proporcionāls, un tas notiek arī "enerģijas-impulsa blīvuma", tas ir, enerģijas un impulsa dēļ, kas saistīts ar jebkuru vielu telpas vienības tilpumā.
Šis apgalvojums tika apstiprināts, kad tas sakrita ar novērojumiem par neparasto Merkura orbītu un zvaigžņu gaismu, kas liecās ap Sauli.
Pēdējo simts gadu laikā vispārējā relativitāte ir pārbaudīta ar pārsteidzošu precizitāti un katru reizi ir izturējusi pārbaudi. Vispārējā relativitāte ir kļuvusi par tik milzīgu lēcienu uz priekšu, ka var teikt, ka, ja Einšteins to nebūtu formulējis, tas varētu palikt neatklāts ilgu laiku.
Ceļš uz vispārējo relativitāti
Reklāmas video:
1907. gadā Einšteinam bija "vislaimīgākā doma par visu mūžu", kad viņš sēdēja uz krēsla Bernes patentu birojā:
Ja cilvēks brīvi krīt, viņš nejūt savu svaru.
Viņa noveda viņu pie "ekvivalences principa" formulēšanas, kas saka, ka nav iespējams atšķirt paātrinošo atskaites sistēmu un gravitācijas lauku. Piemēram, ja jūs stāvat uz Zemes, tas jutīsies tieši tāpat kā tad, ja jūs stāvētu kosmosa kuģī, kas pārvietojas ar paātrinājumu 9,81 m / s² - ar gravitācijas paātrinājumu uz Zemes.
Tas bija pirmais nozīmīgais solis ceļā uz jaunas gravitācijas teorijas formulēšanu.
Einšteins uzskatīja, ka "visa fizika ir ģeometrija". Viņš domāja, ka par kosmosa laiku un Visumu var domāt ģeometriski. Vispārsteidzošākais vispārējās relativitātes secinājums, laika un telpas dinamiskais raksturs acīmredzot noveda pie Einšteina uz nepieciešamību pārdomāt "ģeometrisko" laiktelpu.
Einšteins veica virkni veiklu domu eksperimentu, salīdzinot novērotāju novērojumus inerciālos un rotējošos atskaites punktos.
Viņš noteica, ka novērotājam, kas darbojas mainīgā atskaites sistēmā, laiks-laiks nevar būt eiklīdisks, tas ir, tāds kā plakana ģeometrija, ko mēs visi mācāmies skolās. Mums ir jāievieš "izliektā telpa" mūsu spriešanā, lai ņemtu vērā relativitātes paredzētās anomālijas. Izliekums kļūst par otro svarīgāko pieņēmumu, kas atbalsta viņa vispārējo relativitāti.
Lai aprakstītu izliekto telpu, Einšteins pievērsās 19. gadsimta matemātiķa Bernarda Rīmaņa agrākajam darbam. Ar sava drauga, arī matemātiķa Marsela Grosmaņa palīdzību Einšteins vairākus garlaicīgus gadus pavadīja, pētot izliektu telpu matemātiku - to, ko matemātiķi sauc par "diferenciālgeometriju". Einšteins atzīmēja, ka "salīdzinājumā ar gravitācijas izpratni īpašā relativitāte šķita bērna spēle".
Einšteinam tagad bija matemātiskais aparāts, lai teorija būtu pilnīga. Ekvivalences princips noteica, ka paātrinošais atskaites punkts ir līdzvērtīgs gravitācijas laukam. Ģeometrijas pētījumu rezultātā viņš uzskatīja, ka gravitācijas lauks ir vienkārša izliektā telpas laika izpausme. Tādēļ viņš varēja parādīt, ka paātrinošie atskaites ietvari ir ārpus Eiklida telpas.
Attīstība
Trešais svarīgākais solis bija grūtību novēršana, piemērojot vispārējo relativitāti Ņūtona gravitācijai. Īpašajā relativitātes teorijā gaismas ātruma nemainīgums visos atsauces rāmjos un apgalvojums, ka gaismas ātrums ir maksimāli sasniedzamais ātrums, bija pretrunā ar Ņūtona gravitācijas teoriju, kas postulēja gravitācijas darbības acumirklību.
Vienkārši sakot, Ņūtona gravitācija teica, ka, ja saule tiktu noņemta no Saules sistēmas centra, šī notikuma gravitācijas efekts uzreiz būtu jūtams uz Zemes. Bet SRT saka, ka pat Saules pazušanas ietekme virzīsies ar gaismas ātrumu.
Einšteins arī zināja, ka divu ķermeņu gravitācijas pievilcība ir tieši proporcionāla to masām, kas izrietēja no Ņūtona F = G * M * m / r². Tāpēc masa skaidri noteica gravitācijas lauka stiprumu. SRT saka, ka masa ir ekvivalenta enerģijai, tāpēc enerģijas un impulsa blīvumam vajadzētu noteikt arī gravitācijas spēku.
Rezultātā trīs galvenie pieņēmumi, kurus Einšteins izmantoja savas teorijas formulēšanai, bija:
1. Rotējošos (neinerciālos) atskaites punktos telpa ir izliekta (neeiklīda).
2. Līdzvērtības princips saka, ka paātrinoši atskaites punkti ir līdzvērtīgi gravitācijas laukiem.
3. Masas un enerģijas ekvivalence izriet no SRT, un no Ņūtona fizikas izriet, ka masa ir proporcionāla gravitācijas spēkam.
Einšteins spēja secināt, ka enerģijas un impulsa blīvums rada telpas laika izliekumu un ir proporcionāls tam.
Nav zināms, kad viņam bija "ieskats", kad viņš spēja atrisināt šo mīklu un saistīt masu / enerģiju ar telpas izliekumu.
Laikā no 1913. līdz 1915. gadam Einšteins publicēja vairākus darbus, strādājot pie vispārējās relativitātes pabeigšanas. Dažos darbos tika pieļautas kļūdas, kuru dēļ Einšteins veltīgi tērēja laiku nevajadzīgiem traucējumiem teorētiskajā pamatojumā.
Bet tīrais rezultāts, ka enerģijas un impulsa blīvums liek laiku un laiku, tāpat kā boulinga bumba ir izstiepta gumijas loksne, un ka masas kustība gravitācijas laukā ir atkarīga no telpas-laika izliekuma, bez šaubām, ir vislielākie minējumi, ko izdarījusi cilvēka inteliģence.
Handikaps
Cik ilgi mēs būtu sapratuši smagumu, ja ne Einšteina ģēnijs? Iespējams, ka mums tas būtu jāgaida daudzus gadu desmitus. Bet 1979. gadā noslēpums noteikti iznāks. Tajā gadā astronomi atklāja "dvīņu kvazārus" QSO 0957 + 561 - pirmo kvazāru, kas novēroja gravitācijas lēcas.
Šo apbrīnojamo atklājumu var izskaidrot tikai ar laiktelpas izliekumu. Viņam viņi noteikti būtu piešķīruši Nobela prēmiju, ja ne Einšteina ģēnijs. Vai varbūt tomēr viņa būtu jāizdod.
