astronaut se probudí v kosmické lodi, aniž by si vzpomněl, jak se tam dostala. Sedí sama na židli a ptá se: „kde ve vesmíru jsem?“
loď nemá okna. Jeho nástroje jsou mrtvé. Jediným vodítkem je tlačení židle proti jejímu tělu. UF, je tu gravitace, myslí si. Její loď musí být stále na Zemi.
ale pak se jí objeví druhá možnost. Loď by mohla zrychlovat vesmírem a tlačit ji do sedadla jako závodní auto, které nabírá rychlost. Zevnitř lodi, není-děsivě-žádný způsob, jak to říct.
toto dilema spacefarera by bylo známé Albertu Einsteinovi. Jeho obecná teorie relativity z roku 1915 postavená na představě, že gravitace a zrychlení nejsou jen snadno zaměnitelné, ale jsou jedno a totéž. Tato ekvivalence, „nejšťastnější myšlenka“ Einsteinova života, byla jeho výchozím bodem pro předefinování gravitace.
Obecné relativity vyrostl z Einsteinova teorie speciální relativity, která popisuje, jak rychlost světla (ve vakuu) může být vždy konstantní.
podle relativity se vše, co se může stát uvnitř krabice, které nabírá rychlost-tj. zrychluje -, děje také v přítomnosti gravitace. Představte si například horizontální laser uvnitř výtahu, který zrychluje nahoru. Jak světlo cestuje do strany, výtah stoupá, což způsobí, že paprsek zasáhne místo na zdi o něco níže, než kde začal. Pokud výtah zrychluje dostatečně rychle, paprsek se viditelně ohýbá směrem k podlaze.
Einstein ukázal, že totéž se děje s paprskem uvnitř stacionárního výtahu v silném gravitačním poli; gravitace ohýbá světlo. Podobně očekával, že se paprsek hvězdného světla při průchodu gravitací slunce ohne. Tato předpověď se ukázala jako správná, když se hvězdy pohybovaly během zatmění Slunce v roce 1919.
teorie Relativity popisuje, proč hodiny na satelitní klíšťata několik desítek mikrosekund rychleji, než hodiny na Zemi; aniž představuje to rozpor, GPS technologie nebude fungovat.
Chcete-li propojit zrychlení a gravitaci tímto způsobem, Einstein svrhl jednoho ze svých vlastních hrdinů: Isaaca Newtona. Možná jste se dozvěděli, že Newton popsal gravitaci jako sílu, neviditelnou gumičku, která spojuje objekty s hmotou. Newtonova matematika odvedla dobrou práci při předpovídání toho, jak se pohybovalo vše od projektilů po planety — ale gravitaci udržovala odděleně od zrychlení.
Einstein tvrdil, že gravitace vůbec není síla. Popsal to jako zakřivení času a prostoru způsobené hmotou a energií. Zmatený? Německý fyzik byl také a s teorií bojoval téměř deset let. Pomohl mu matematik Marcel Grossmann, starý přítel, který sdílel své poznámky, když mladý Einstein přeskočil třídu.
jejich matematika, stanovená v 10 rovnicích, vysvětlila, jak se gravitace může pohybovat kolem objektů přes pokřivenou realitu, zrychlující se, aniž by kdy cítila nějaké tajemné newtonovské síly.
Relativní Základy
hlavní takeaways za Einsteinovy obecné teorie relativity:
1. Čas a prostor nejsou ploché ani pevné; jsou zakřivené a zkreslené hmotou a energií.
2. Gravitace není síla, ale spíše zkreslení času a prostoru.
3. Účinky gravitace jsou nerozeznatelné od účinků zrychlení na malém prostoru.
Einsteinovy zvláštní předpovědi
relativita vytváří četné bizarní předpovědi, mnohé z nich experimentálně ověřené. Vypadají jen bizarně, protože si jich v každodenním životě nevšimneme — žijeme z větší části v Newtonově realitě. Ale za tím leží Einsteinův vesmír, kde gravitace ohýbá prostor a čas podle své vůle. Zde jsou některé z nejpodivnějších vedlejších účinků teorie:
-
gravitace doslova zpomaluje čas. Vlny světla vyzařovaného hvězdami se kvůli této době ohýbají a objekty blíže k masivnímu objektu stárnou pomaleji. Super přesné hodiny, které tikají podle vibrací atomů, ověřily, že gravitace mění tok času.
-
Satelity ukázaly, že otáčení nebeských těles točit struktuře kosmu kolem sebe, jako zlato zkroucené lžíce, vliv pohybu gyroskopy.
-
jedna předpověď vyřešila dlouhodobé dilema, podivné kolísání na oběžné dráze Merkuru, které Newtonova matematika nedokázala vysvětlit. (Astronomové zpočátku obviňovali skrytou planetu zvanou Vulcan.) Relativita vysvětlila zvlněnou oběžnou dráhu z hlediska deformace vesmíru silnou gravitací slunce.
-
Malé vlnky, ve skutečnosti, způsobené srážející se černé díry, zakopl senzory ve vysoce citlivé přístroje, pohřben v podzemí na Zemi.
tento příběh se původně objevil v tisku jako “ je to všechno relativní.“