Wat is Einsteins algemene relativiteitstheorie?

De algemene relativiteitstheorie is fundamenteelde bouwsteen van de moderne fysica. Het verklaart de zwaartekracht op basis van het vermogen van de ruimte om te 'buigen', of, preciezer gezegd, het verbindt de zwaartekracht met de veranderende geometrie van ruimte-tijd. Albert Einstein stichtte de "Algemene" relativiteitstheorie (GR) in 1915, tien jaar na de creatie van de "speciale" theorie, waarbij hij de universele lichtsnelheid toepaste en aannam dat de wetten van de fysica in elk gegeven referentiekader ongewijzigd blijven. Maar is GRT zo ingewikkeld als het op het eerste gezicht lijkt?

De algemene relativiteitstheorie is een geometrische zwaartekrachttheorie die een speciale relativiteitstheorie ontwikkelt

Hoe de algemene relativiteitstheorie te begrijpen?

Einsteins algemene relativiteitstheorie kan in slechts 12 woorden worden samengevat:“Ruimte-tijd vertelt materie hoe te bewegen; materie vertelt ruimte-tijd hoe te buigen "... Maar dit is een korte beschrijving gemaakt door een natuurkundigeJohn Wheeler, verbergt een meer complexe en diepere waarheid. Afgezien van de kwantumtheorie is de algemene relativiteitstheorie een van de twee pijlers van de moderne fysica - onze werktheorie van zwaartekracht en de zeer grote theorie van planeten, sterrenstelsels en het universum als geheel. Het is een voortzetting van Einsteins speciale relativiteitstheorie - maar zo omvangrijk dat het hem 10 jaar kostte, van 1905 tot 1915, om van de ene naar de andere te gaan.

Volgens New Scientist, volgens een specialrelativiteitstheorie (SRT), beweging buigt ruimte en tijd. Einsteins algemene relativiteitstheorie combineerde het met het principe dat Galileo meer dan drie eeuwen geleden opmerkte: vallende objecten versnellen met dezelfde snelheid, ongeacht hun massa.

Een veer en een hamer die van de vallende scheve toren van Pisa zijn gevallen, zullen tegelijkertijd de grond raken als je geen rekening houdt met de luchtweerstand.

In navolging van Galileo liet Isaac Newton zien dat ditkan alleen waar zijn als er een vreemd toeval is: de traagheidsmassa, die de weerstand van het lichaam tegen versnelling kwantificeert, moet altijd gelijk zijn aan de zwaartekrachtmassa, die de reactie van het lichaam op de zwaartekracht kwantificeert. Er is geen duidelijke reden waarom dit zo zou moeten zijn, maar geen enkel experiment heeft de twee ooit gescheiden.

Net zoals hij de constante gebruiktede lichtsnelheid voor het construeren van de speciale relativiteitstheorie, verklaarde Einstein dat dit een natuurprincipe was: het gelijkwaardigheidsbeginsel. Gewapend met dit en het nieuwe concept van ruimte en tijd als verstrengelde "ruimte-tijd", kun je een beeld opbouwen waarin zwaartekracht slechts een vorm van versnelling is.

Enorme objecten verdraaien ruimte-tijd om hen heen en dwingen objecten om naar hen toe te versnellen.

Hoewel de zwaartekracht grote ruimte domineertschaal en nabij zeer grote massa's, zoals planeten of sterren, is het eigenlijk de zwakste van de vier bekende natuurkrachten - en de enige onverklaarde kwantumtheorie. Kwantumtheorie en algemene relativiteitstheorie worden op verschillende schaalniveaus toegepast. Dit maakt het moeilijk te begrijpen wat er gebeurde tijdens de vroegste momenten van de oerknal, bijvoorbeeld toen het universum erg klein was en de zwaartekracht enorm. In een andere situatie, wanneer deze krachten botsen aan de waarnemingshorizon van een zwart gat, ontstaan ​​onoplosbare paradoxen.

Bijvoorbeeld, de kwantummechanica heeft manieren om rekening te houden met zaken als oneindigheidmaar als we hetzelfde proberen te doen met de algemene relativiteitstheorie, genereert wiskunde voorspellingen die niet kloppen.

Sommige natuurkundigen vestigen hun hoop op het feit datop een dag zal een of andere "theorie van alles" in staat zijn om de kwantumtheorie en de algemene relativiteitstheorie te combineren, hoewel pogingen als snaartheorie en luskwantumzwaartekracht geen resultaten hebben opgeleverd. Ondertussen voorspelde Einsteins algemene relativiteitstheorie dat zeer dichte massa-clusters de ruimte-tijd zo sterk kunnen verstoren dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. Nu we deze objecten "zwarte gaten" noemen, kunnen we de "waarnemingshorizon" fotograferen die deze kosmische monsters omringt, en zijn we er praktisch van overtuigd dat een superzwaar zwart gat ronddraait in het centrum van elk massief sterrenstelsel.

Wiskundige vergelijkingen van algemene theorieDe relativiteitstheorie van Einstein, die keer op keer wordt getest, is momenteel de meest nauwkeurige manier om zwaartekrachtsinteracties te voorspellen en vervangt die welke enkele eeuwen eerder door Isaac Newton zijn ontwikkeld.

Lees nog meer interessante artikelen over hoe het universum om ons heen werkt op ons kanaal in Yandex.Zen. Met een abonnement kunt u artikelen lezen die niet op de site staan.

Maar misschien wel de grootste triomf van de algemene theorievan de relativiteitstheorie kwam in 2015, toen zwaartekrachtgolven werden ontdekt - rimpelingen in de ruimtetijd veroorzaakt door de beweging van zeer zware objecten. Het signaal dat twee zwarte gaten zijn samengevoegd en samengevoegd, was een triomf van nauwgezet, geduldig werk van het internationale team van onderzoekers van de LIGO VIRGO-laboratoria. Lees meer over hoe experts tegenwoordig naar zwaartekrachtgolven zoeken in het fascinerende artikel van Ilya Khel. Op de een of andere manier blijft de ontwikkeling van een kwantumfysische "versie" van de algemene relativiteitstheorie een constant doel van de moderne fysica.