Albert Einstein je bil znan po številnih stvareh, a njegovo največje pamet je teorija relativnosti. Za vedno je spremenilo naše razumevanje prostora in časa.
Kaj je relativnost? Povedano na kratko, gre za predstavo, da so zakoni fizike povsod enaki. Tu na Zemlji upoštevamo iste zakone svetlobe in gravitacije kot nekdo v oddaljenem kotu vesolja.
Univerzalnost fizike pomeni, da je zgodovina provincialna. Različni gledalci bodo čas in razmik dogodkov videli drugače. Kar je milijon let za nas, je morda samo trenutek očesa za nekoga, ki leti v raketi visoke hitrosti ali pade v črno luknjo.
Vse je relativno.
Posebna relativnost
Einsteinova teorija je razdeljena na posebno in splošno relativnost.
Posebna relativnost je bila prva in temelji na tem, da je hitrost svetlobe konstantna za vse. To se morda zdi dovolj preprosto, vendar ima daljnosežne posledice.
Einstein je do tega sklepa prišel leta 1905, potem ko so eksperimentalni dokazi pokazali, da se hitrost svetlobe ni spremenila, ko se je Zemlja vrtela okoli sonca.
Ta rezultat je bil za fizike presenetljiv, saj je hitrost večine drugih stvari odvisna od tega, v katero smer se giblje opazovalec. Če se vozite z avtomobilom ob železniški progi, se zdi, da se vlak, ki prihaja na vas, premika veliko hitreje, kot če bi se obrnili in mu sledili v isto smer.
Einstein je dejal, da bodo vsi opazovalci merili hitrost svetlobe 186.000 milj na sekundo, ne glede na to, kako hitro in v katero smer se premikajo.
Ta maksima je komika Stephena Wrighta spodbudila, da je vprašal: "Če ste v vesoljski ladji, ki potuje s svetlobno hitrostjo, in vklopite žaromete, se kaj zgodi?"
Odgovor je, da se žarometi vklopijo normalno, vendar le z vidika nekoga znotraj vesoljske ladje. Za nekoga, ki stoji zunaj in opazuje, kako ladja leti mimo, se zdi, da se žarometi ne prižgejo: luč ugasne, ampak potuje z enako hitrostjo vesoljske ladje.
Te nasprotujoče si različice nastajajo, ker vladarji in ure - stvari, ki označujejo čas in prostor - za različne opazovalce niso enake. Če naj bo hitrost svetlobe konstantna, kot je rekel Einstein, čas in prostor ne moreta biti absolutna; biti morajo subjektivni.
Na primer, vesoljska ladja, dolga 100 čevljev, ki potuje s 99,99% hitrosti svetlobe, se mirujočemu opazovalcu zdi ena noga, vendar bo za tiste na krovu ostala običajna dolžina.
Morda celo bolj čudno, čas mineva počasneje, hitreje gre. Če se bo dvojčka odpeljala s hitrostno vesoljsko ladjo do neke oddaljene zvezde in se potem vrnila, bo mlajša od svoje sestre, ki je ostala na Zemlji.
Tudi masa je odvisna od hitrosti. Hitreje kot se premika predmet, bolj masiven postane. Pravzaprav nobena vesoljska ladja ne more doseči 100% hitrosti svetlobe, ker bi njena masa rasla do neskončnosti.
To razmerje med maso in hitrostjo je pogosto izraženo kot razmerje med maso in energijo: E = mc ^ 2, kjer je E energija, m je masa in c je hitrost svetlobe.
Splošna relativnost
Einsteina ni zmotilo razumevanja časa in prostora. Nadalje je posplošil svojo teorijo z vključevanjem pospeška in ugotovil, da to izkrivlja obliko časa in prostora.
Če se držimo zgornjega primera: predstavljajte, da se vesoljska ladja pospeši s streljanjem njenih potisnikov. Tisti na krovu se bodo držali tal, kot da bi bili na Zemlji. Einstein je trdil, da sila, ki ji rečemo gravitacija, ni ločljiva od pospeševalne ladje.
To samo po sebi ni bilo tako revolucionarno, toda ko je Einstein izdeloval kompleksno matematiko (trajalo je 10 let), je odkril, da sta prostor in čas ukrivljena v bližini masivnega predmeta in to ukrivljenost doživljamo kot silo gravitacije.
Težko je predstaviti ukrivljeno geometrijo splošne relativnosti, če pa prostor-čas pomislimo kot nekakšno tkanino, masiven predmet raztegne okoliško tkanino, tako da karkoli, kar gre v bližini, ne sledi več ravni liniji.
Enačbe splošne relativnosti napovedujejo številne pojave, od katerih so bili številni potrjeni:
- upogibanje svetlobe okoli masivnih predmetov (gravitacijsko leče)
- počasna evolucija v orbiti planeta Merkur (perihelijska recesija)
- okvirno vlečenje prostora in časa okoli vrtečih se teles
- oslabitev svetlobe zaradi uteži gravitacije (gravitacijski rdeči premik)
- gravitacijski valovi (valovi v tkanini vesolja in časa), ki jih povzročajo kozmični razbitji
- obstoj črnih lukenj, ki lovijo vse, vključno s svetlobo
Izkrivljanje prostora in časa okoli črne luknje je intenzivnejše kot kjer koli drugje. Če bi vesoljska dvojčka padla v črno luknjo, bi se raztegnila kot špageti.
Na srečo bi bilo vsega konec v nekaj sekundah. Toda njeni sestri na Zemlji tega nikoli ne bi bilo konec - opazovala je svojo ubogo sestro, ki se v dobi vesolja postopoma poglablja proti črni luknji.
Ta članek je 2. julija 2019 posodobil sodelavec Science Science Tim Childers.
