Albertas Einšteinas garsėjo daugeliu dalykų, tačiau didžiausias jo smegenų intelektas yra reliatyvumo teorija. Tai visam laikui pakeitė mūsų supratimą apie erdvę ir laiką.
Kas yra reliatyvumas? Trumpai tariant, tai yra nuostata, kad fizikos dėsniai visur yra vienodi. Mes čia, Žemėje, paklūstame tiems patiems šviesos ir gravitacijos dėsniams, kaip ir kam nors tolimame visatos kampelyje.
Fizikos universalumas reiškia, kad istorija yra provinciali. Skirtingi žiūrovai skirtingai mato įvykių laiką ir tarpus. Kas mums yra milijonas metų, tai gali būti tiesiog mirkčiojimas akyje tam, kas skraido greitaeigėje raketoje ar patenka į juodąją skylę.
Tai viskas reliatyvu.
Ypatingas reliatyvumas
Einšteino teorija yra padalinta į specialųjį ir bendrąjį reliatyvumą.
Ypatingas reliatyvumas atsirado pirmiausia ir yra pagrįstas tuo, kad šviesos greitis yra pastovus visiems. Tai gali atrodyti pakankamai paprasta, tačiau tai turi toli siekiančių pasekmių.
Prie šios išvados Einšteinas priėjo 1905 m., Kai eksperimentiniai įrodymai parodė, kad šviesos greitis nepasikeitė, kai Žemė pasisuko aplink saulę.
Šis rezultatas nustebino fizikus, nes daugumos kitų dalykų greitis priklauso nuo to, kokia kryptimi juda stebėtojas. Jei vairuojate savo automobilį šalia geležinkelio bėgių, atrodo, kad prie jūsų atvažiuojantis traukinys juda daug greičiau, nei jei apsisukote ir važiavote ta pačia kryptimi.
Einšteinas sakė, kad visi stebėtojai išmatuos šviesos greitį, kuris bus 186 000 mylių per sekundę, nesvarbu, kiek greitai ir kokia kryptimi jie juda.
Tai maksimaliai paskatino komiką Stepheną Wrightą paklausti: „Jei esate erdvėlaivyje, kuris plaukia šviesos greičiu ir įjungiate priekinius žibintus, ar kas nors nutinka?“
Atsakymas yra tai, kad priekiniai žibintai įsijungia paprastai, tačiau tik iš kažkieno, esančio erdvėlaivyje, perspektyvos. Žmogui, stovinčiam lauke, stebint, kaip laivas plaukioja pro šalį, priekiniai žibintai neatsiranda: jie užsidega, tačiau jie sklinda tokiu pat greičiu kaip ir erdvėlaivis.
Šios prieštaringos versijos kyla todėl, kad valdovai ir laikrodžiai - tai, kas žymi laiką ir erdvę - skirtingiems stebėtojams nėra vienodi. Jei šviesos greitis turi būti pastovus, kaip sakė Einšteinas, laikas ir erdvė negali būti absoliutūs; jie turi būti subjektyvūs.
Pavyzdžiui, 100 pėdų ilgio erdvėlaivis, plaukiantis 99,99% greičio, nejudančiam stebėtojui šviesos greičiu pasirodys viena pėda, tačiau laive esantiems žmonėms jis išliks normalus.
Galbūt ir keistesnis, kuo greičiau, tuo greičiau bėgama. Jei dvynys važiuoja greičio viršijimo erdvėlaiviu į kažkokią tolimą žvaigždę ir tada grįš, ji bus jaunesnė už seserį, kuri pasiliko Žemėje.
Mišios taip pat priklauso nuo greičio. Kuo greičiau objektas juda, tuo masyvesnis jis tampa. Iš tikrųjų joks kosminis laivas niekada negali pasiekti 100% šviesos greičio, nes jo masė išaugs iki begalybės.
Šis masės ir greičio santykis dažnai išreiškiamas masės ir energijos santykiu: E = mc ^ 2, kur E yra energija, m yra masė, o c yra šviesos greitis.
Bendrasis reliatyvumas
Einšteinas nebuvo padarytas, kad pakeltų mūsų supratimą apie laiką ir erdvę. Toliau jis apibendrino savo teoriją įtraukdamas pagreitį ir nustatė, kad tai iškreipė laiko ir erdvės formą.
Laikykitės aukščiau pateikto pavyzdžio: įsivaizduokite, kaip kosminis laivas pagreitėja, šaudydamas į jo variklius. Tie, kurie bus laive, prilips prie žemės taip, lyg jie būtų žemėje. Einšteinas teigė, kad jėga, kurią mes vadiname gravitacija, neatskiriama nuo buvimo greitinančiame laive.
Tai savaime nebuvo tokia revoliucinga, tačiau kai Einšteinas parengė sudėtingą matematiką (tai jam užtruko 10 metų), jis atrado, kad erdvė ir laikas yra išlenktos šalia masyvaus objekto, ir šį kreivumą mes patiriame kaip gravitacijos jėgą.
Sunku pavaizduoti išlenktą bendrojo reliatyvumo geometriją, tačiau jei erdvės laikas susimąstomas kaip tam tikras audinys, masyvus objektas ištempia aplinkinį audinį taip, kad viskas, kas eina netoliese, nebeatitinka tiesios linijos.
Bendrojo reliatyvumo lygtys numato daugybę reiškinių, iš kurių daugelis buvo patvirtinti:
- šviesos lenkimas aplink masyvius objektus (gravitacinis lęšis)
- lėtai evoliucija Merkurijaus planetos orbitoje (periheliono precesija)
- erdvės-laiko rėmo tempimas aplink besisukančius kūnus
- pablogėjusio gravitacijos traukos silpnėjimas (gravitacinis raudonasis poslinkis)
- gravitacijos bangos (bangos erdvės-laiko audinyje), kurias sukelia kosminiai sutriuškinimai
- juodųjų skylių, kurios gaudo viską, įskaitant šviesą, buvimas
Erdvės laiko pynimas aplink juodąją skylę yra intensyvesnis nei niekur kitur. Jei erdvėlaivis dvynys patektų į juodąją skylę, ji būtų ištempta kaip spagečiai.
Jos laimei, viskas praeis per kelias sekundes. Tačiau jos sesuo Žemėje niekada nematytų jos pabaigos - per visą Visatos amžių pamatydama savo vargšę seserį, vis žingsniuojančią link juodosios skylės.
Šis straipsnis buvo atnaujintas 2019 m. Liepos 2 d. „Live Science“ bendradarbio Timo Childerso.
