egy űrhajós felébred egy űrhajóban, nem emlékszik arra, hogyan került oda. Egyedül ülve egy széken, csodálkozik: “Hol vagyok az univerzumban?”
a hajónak nincs ablaka. A műszerei halottak. Az egyetlen nyom az, hogy a szék a testéhez nyomja. Phew, van gravitáció, gondolja. A hajója még a földön kell, hogy legyen.
de aztán egy második lehetőség merül fel neki. A hajó felgyorsulhat az űrben, az ülésbe nyomva, mint egy versenyautó, amely felveszi a sebességet. A hajó belsejéből-félelmetesen-nincs mód megmondani.
Ez az űrutazó dilemmája ismerős lett volna Albert Einstein számára. 1915 – ös általános relativitáselmélete arra az elképzelésre épült, hogy a gravitáció és a gyorsulás nem csak könnyen összetéveszthető, hanem egy és ugyanaz. Ez az egyenértékűség, Einstein életének “legboldogabb gondolata” volt a kiindulópontja a gravitáció újradefiniálásához.
az általános relativitáselmélet Einstein speciális relativitáselméletéből nőtt ki, amely leírja, hogy a fénysebesség (vákuumban) mindig állandó lehet.
a relativitáselmélet szerint bármi, ami egy doboz belsejében történhet, a sebesség felvétele — azaz gyorsulás — a gravitáció jelenlétében is megtörténik. Képzeljünk el például egy vízszintes lézert egy liftben, amely felfelé gyorsul. Ahogy a fény oldalirányban halad, a lift felemelkedik, aminek következtében a gerenda a falon kissé alacsonyabb helyet talál, mint ahonnan indult. Ha a lift elég gyorsan felgyorsul, a gerenda láthatóan a padló felé hajlik.
Einstein megmutatta, hogy ugyanez történik egy álló liftben lévő sugárral egy erős gravitációs mezőben; a gravitáció meghajlítja a fényt. Hasonlóképpen arra számított, hogy a csillagfény fényének meg kell hajolnia, amikor áthalad a nap gravitációján. Ez az előrejelzés helyesnek bizonyult, amikor a csillagok az 1919-es napfogyatkozás során mozogtak.
a relativitáselmélet leírja, hogy egy műholdas óra miért ketyeg néhány tucat mikroszekundummal gyorsabban, mint egy földi óra; ennek az eltérésnek a figyelembevétele nélkül a GPS technológiák nem működnének.
hogy ily módon összekapcsolja a gyorsulást és a gravitációt, Einstein megdöntötte egyik hősét, Isaac Newtont. Lehet, hogy megtudta, hogy Newton a gravitációt erőnek írta le, egy láthatatlan gumiszalagnak, amely tömeggel húzza össze a tárgyakat. Newton matematikája jó munkát végzett annak előrejelzésében, hogy a lövedékektől a bolygókig minden hogyan mozog — de a gravitációt elkülönítette a gyorsulástól.
Einstein azzal érvelt, hogy a gravitáció egyáltalán nem erő. Úgy írta le, mint az idő és tér görbületét, amelyet a tömeg és az energia okoz. Összezavarodtál? A német fizikus is az volt, és közel egy évtizeden át küzdött az elmélettel. Segítséget kapott Marcel Grossmann matematikustól, egy régi baráttól, aki megosztotta jegyzeteit, amikor egy fiatal Einstein kihagyta az órát.
matematikájuk, amelyet 10 egyenletben határoztak meg, elmagyarázta, hogy a gravitáció hogyan mozoghat a tárgyak körül egy elvetemült valóságon keresztül, gyorsulva anélkül, hogy valaha is titokzatos newtoni erőket érezne.
A relatív alapok
Einstein általános relativitáselmélete mögött álló fő elvihetőségek:
1. Az idő és a tér sem nem lapos, sem nem rögzített; a tömeg és az energia görbíti és torzítja őket.
2. A gravitáció nem erő, hanem az idő és a tér torzulása.
3. A gravitáció hatásai nem különböztethetők meg a gyorsulás hatásaitól, egy kis térben.
Einstein sajátos előrejelzései
a relativitáselmélet számos bizarr előrejelzést tesz lehetővé, amelyek közül sok kísérletileg igazolt. Csak azért tűnnek furcsának, mert nem vesszük észre őket a mindennapi életünkben — nagyrészt Newton valóságában élünk. De ezen túl fekszik Einstein univerzuma, ahol a gravitáció a teret és az időt az akaratához hajlítja. Íme néhány az elmélet legfurcsább mellékhatása:
-
a gravitáció szó szerint lelassítja az időt. A csillagok által kibocsátott fényhullámok ezen időhajlítás miatt nyúlnak ki, a hatalmas tárgyhoz közelebb eső tárgyak pedig lassabban öregednek. A szuper pontos órák, amelyek az atomok rezgései szerint ketyegnek, igazolták, hogy a gravitáció megváltoztatja az idő áramlását.
-
a műholdak kimutatták, hogy a forgó égitestek a kozmosz szövetét forgatják maguk körül, mint egy kanállal csavart méz, ami befolyásolja a giroszkópok mozgását.
-
egy jóslat megoldott egy régóta fennálló dilemmát, egy furcsa ingadozást a Merkúr pályáján, amelyet Newton matematikája nem tudott megmagyarázni. (A csillagászok kezdetben egy Vulcan nevű rejtett bolygót hibáztattak.) A relativitáselmélet a wonky pályát a tér vetemedésével magyarázta a nap erőteljes gravitációjával.
-
a valóságban az ütköző fekete lyukak által okozott apró hullámok érzékelőkkel rendelkeznek a föld alatt eltemetett nagyon érzékeny műszerekben.
Ez a történet eredetileg nyomtatásban jelent meg, mint “minden relatív.”