Mikä on Einsteinin suhteellisuusteoria?

Yleinen suhteellisuusteoria on pääasiallinenmodernin fysiikan rakennuspalikka. Se selittää painovoiman, joka perustuu avaruuden kykyyn "taipua" tai tarkemmin sanottuna yhdistää painovoiman avaruus-ajan muuttuvaan geometriaan. Albert Einstein perusti "yleisen" suhteellisuusteorian (GR) vuonna 1915, kymmenen vuotta "erityisen" teorian luomisen jälkeen, soveltaen yleistä valonopeutta ja olettaen, että fysiikan lait pysyvät ennallaan kussakin viitekehyksessä. Mutta onko GR niin monimutkainen, kuin se saattaa vaikuttaa ensi silmäyksellä?

Yleinen suhteellisuusteoria on geometrinen gravitaatioteoria, joka kehittää erityisen suhteellisuusteorian

Kuinka ymmärtää suhteellisuusteoriaa?

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria voidaan ilmaista vain 12 sanalla:”Avaruusaika kertoo kuinka liikkua; asia kertoo avaruusaikaan kuinka taivuttaa ”. Mutta tämä on fyysikon lyhyt kuvausJohn Wheeler, piilottaa monimutkaisemman ja syvemmän totuuden. Kvanttiteorian lisäksi yleinen suhteellisuusteoria on yksi modernin fysiikan kahdesta pylväästä - työpainovoiman teoria ja erittäin suuri planeettojen, galaksien ja maailmankaikkeuden teoria. Se on jatkoa Einsteinin erityiselle suhteellisuusteorialle - mutta niin massiivinen, että siirtyminen yhdestä toiseen kesti kymmenen vuotta, vuodesta 1905 vuoteen 1915.

New Scientist, mukaan erityinensuhteellisuusteorian (STR) liike taivuttaa tilaa ja aikaa. Einsteinin GRT yhdisti sen Galileon yli kolme vuosisataa sitten esittämään periaatteeseen: putoavat esineet kiihdytetään samalla nopeudella niiden massasta riippumatta.

Pisan putoamisesta nousevasta tornista pudonnut höyhen ja vasara osuvat maahan samanaikaisesti, jos et ota huomioon ilmanvastusta.

Galileon seurauksena Isaac Newton osoitti tämänvoi olla totta vain, jos tapahtuu outo sattuma: inertiaalimassan, joka ilmaisee kehon vastustuskyvyn kiihtyvyydelle, tulisi aina olla yhtä suuri kuin gravitaatiomassa, joka määrää kvantitatiivisesti kehon reagoinnin painovoimaan. Ei ole selvää syytä, miksi tämän pitäisi olla niin, mutta yhdessäkään kokeessa ei ole koskaan jaettu näitä kahta arvoa.

Aivan kuten hän käytti jatkuvastivalon nopeudella rakentaa erityinen suhteellisuusteoria, Einstein julisti tämän luonnon periaatteeksi: vastaavuusperiaatteeksi. Tämän ja uuden avaruus- ja ajakäsityksen puitteissa toisiinsa kietoutuneena “avaruus-aikaksi” voit rakentaa kuvan, jossa painovoima on vain eräs kiihtyvyyden muoto.

Massiiviset esineet taivuttavat avaruus-aikaa itsensä ympärille, aiheuttaen esineiden kiihtymisen kohti niitä.

Vaikka painovoima hallitsee suurta tilaamittakaavassa ja lähellä hyvin suuria massoja, kuten planeettoja tai tähtiä, se on itse asiassa heikoin neljästä tiedossa olevasta luonnonvoimasta - ja ainoa selittämätön kvanttiteoria. Kvanttiteoriaa ja yleistä suhteellisuusteoriaa sovelletaan eri asteikkoissa. Tämän vuoksi on vaikea ymmärtää, mitä tapahtui esimerkiksi Ison räjähdyksen varhaisimmissa hetkissä, kun maailmankaikkeus oli hyvin pieni ja painovoima oli valtava. Toisessa tilanteessa, kun nämä voimat törmäävät mustan aukon tapahtumahorisonttiin, syntyy liukenemattomia paradokseja.

Esimerkiksi, kvanttimekaniikalla on tapoja ottaa huomioon käsitteet, kuten ääretönmutta jos yritämme tehdä samoin suhteellisuusteoriaan, matematiikka tuottaa ennusteita, joilla ei ole mitään järkeä.

Jotkut fyysikot ovat toivoneet, ettäEräänä päivänä "kaiken teoria" kykenee yhdistämään kvanttiteorian ja yleisen suhteellisuusteorian, vaikka jousuteorian ja silmukanttgravitaatioteorian kaltaiset yritykset eivät toistaiseksi ole tuottaneet tulosta. Samaan aikaan Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennusti, että hyvin tiheät massaklusterit voivat vääristää avaruus-aikaa niin paljon, että edes valo ei pääse siitä pois. Nyt kutsumme näitä esineitä ”mustiksi reikiksi”, voimme valokuvata “tapahtumahorisontin”, joka ympäröi näitä avaruus hirviöitä, ja olemme käytännössä vakuuttuneita siitä, että supermassiivinen musta aukko pyörii jokaisen massiivisen galaksin keskustassa.

Yleisen teorian matemaattiset yhtälötEinsteinin suhteellisuusteoria, joka on testattu yhä uudelleen, on nyt tarkin tapa ennustaa painovoimavuorovaikutuksia korvaamalla Isaac Newtonin useita vuosisatoja aiemmin kehittämiä suhteita.

Lue vielä mielenkiintoisempia artikkeleita siitä, kuinka maailmankaikkeus on järjestetty ympärillemme kanavallamme Yandex.Zen-sivustolta. Tilauksen avulla voit lukea artikkeleita, joita ei ole sivustolla.

Mutta ehkä yleisen teorian suurin voittoSuhteellisuus syntyi vuonna 2015, kun löydettiin painovoima-aaltoja - aalto-ajan aallot, joita aiheutti erittäin massiivisten esineiden liikkuminen. Signaali siitä, että kaksi mustaa reikää liittyivät ja sulautuivat yhdeksi, oli voitto LIGO VIRGO -laboratorion tutkijoiden kansainvälisen ryhmän tekemästä hienosta ja potilaan työstä. Lue lisää siitä, kuinka asiantuntijat etsivät gravitaatioaaltoja tänään, lue Ilja Helin kiehtovasta materiaalista. Tavalla tai toisella, suhteellisuusteorian yleisen kvanttifysikaalisen ”version” kehittäminen on edelleen nykyajan fysiikan jatkuva tavoite.