kod dostępu do strony internetowej

astronauta budzi się w statku kosmicznym, nie pamiętając, jak się tam dostała. Siedząc samotnie na krześle, zastanawia się: „gdzie ja jestem?”

statek nie ma okien. Jego instrumenty są martwe. Jedyną wskazówką jest naciśnięcie krzesła o jej ciało. Ona myśli, że jest grawitacja. Jej statek musi wciąż być na Ziemi.

ale wtedy pojawia się druga możliwość. Statek może przyspieszać w przestrzeni, naciskając ją na siedzenie jak samochód wyścigowy, który przyspiesza. Z wnętrza statku, nie ma-przerażająco-sposobu, aby powiedzieć.

ten dylemat kosmonauty byłby znany Albertowi Einsteinowi. Jego ogólna teoria względności z 1915 roku opierała się na założeniu, że grawitacja i przyspieszenie nie są łatwo pomylić, ale są jednym i tym samym. Ta równoważność,” najszczęśliwsza myśl ” Einsteina, była jego punktem wyjścia do ponownego zdefiniowania grawitacji.

ogólna teoria względności wyrosła z teorii szczególnej teorii względności Einsteina, która opisuje, jak prędkość światła (w próżni) może być zawsze stała.

zgodnie z teorią względności wszystko, co może się wydarzyć wewnątrz pudełka, przyspieszając, również dzieje się w obecności grawitacji. Wyobraźcie sobie na przykład poziomy laser w windzie, który przyspiesza w górę. Gdy światło porusza się na boki, Winda podnosi się, powodując, że wiązka uderza w miejsce na ścianie nieco niżej niż miejsce, w którym się zaczęła. Jeśli Winda przyspieszy wystarczająco szybko, belka wyraźnie pochyla się w kierunku podłogi.

Einstein pokazał, że to samo dzieje się z wiązką wewnątrz stacjonarnej windy w silnym polu grawitacyjnym; grawitacja wygina światło. Podobnie spodziewał się, że wiązka światła gwiazd powinna się wyginać podczas przechodzenia przez grawitację słońca. Ta prognoza okazała się prawidłowa, gdy Gwiazdy poruszały się podczas zaćmienia Słońca w 1919 roku.

względność opisuje, dlaczego zegar na satelicie tyka o kilkadziesiąt mikrosekund szybciej niż zegar na ziemi; bez uwzględnienia tej rozbieżności technologie GPS nie działałyby.

aby połączyć przyspieszenie i grawitację w ten sposób, Einstein obalił jednego ze swoich bohaterów: Isaaca Newtona. Być może dowiedzieliście się, że Newton opisał grawitację jako siłę, niewidzialną gumkę, która łączy obiekty z masą. Matematyka Newtona dobrze sprawdziła się w przewidywaniu ruchu wszystkiego, od pocisków po planety – ale utrzymywała grawitację oddzieloną od przyspieszenia.

Einstein twierdził, że grawitacja wcale nie jest siłą. Opisał ją jako krzywiznę czasu i przestrzeni spowodowaną masą i energią. Zdezorientowany? Niemiecki fizyk też był i przez prawie dekadę zmagał się z teorią. Pomógł mu matematyk Marcel Grossmann, stary przyjaciel, który dzielił się swoimi notatkami, gdy Młody Einstein opuszczał zajęcia.

ich matematyka, złożona w 10 równaniach, wyjaśniała, jak grawitacja może poruszać się wokół obiektów poprzez wypaczoną rzeczywistość, przyspieszając bez odczuwania żadnych tajemniczych sił newtonowskich.

jabłko bez siły zwykle pozostaje w tym samym miejscu (po lewej). Ale kiedy grawitacja zakrzywia przestrzeń i czas (w prawo), jak przewiduje Ogólna teoria względności Einsteina, owoc kończy się na ziemi bez odczuwania siły. (Credit: Alison Mackey / Discover; Collage elements: Envato Elements, Vanatchanan/)

względne podstawy

główne wątki stojące za ogólną teorią względności Einsteina:

1. Czas i przestrzeń nie są ani płaskie, ani stałe; są zakrzywione i zniekształcone przez masę i energię.

2. Grawitacja nie jest siłą, ale raczej zniekształceniem czasu i przestrzeni.

3. Efekty grawitacji są nie do odróżnienia od efektów przyspieszenia, na małej przestrzeni.

Inspiracja Einsteina dla ogólnej teorii względności uderzyła, gdy był urzędnikiem patentowym w Szwajcarii w 1907 roku. (Źródło: Heritage Image Partnership Ltd/Alamy Stock Photo)

specyficzne przewidywania Einsteina

względność sprawia, że wiele dziwacznych przewidywań, wiele z nich zostało zweryfikowanych eksperymentalnie. Wydają się dziwaczne tylko dlatego, że nie zauważamy ich w naszym codziennym życiu — żyjemy w większości w rzeczywistości Newtona. Ale poza tym leży wszechświat Einsteina, gdzie grawitacja pochyla przestrzeń i czas do swojej woli. Oto niektóre z najdziwniejszych skutków ubocznych teorii:

• grawitacja dosłownie spowalnia czas. Fale światła emitowanego przez Gwiazdy rozciągają się z powodu tego wygięcia czasu, a obiekty bliższe masywnemu obiektowi starzeją się wolniej. Super-precyzyjne zegary, które kleszczą zgodnie z wibracjami atomów, sprawdziły, że grawitacja zmienia przepływ czasu.

• satelity wykazały, że obracające się ciała niebieskie kręcą wokół siebie tkaninę kosmosu, jak miód skręcany łyżką, wpływając na ruch żyroskopów.

• jedna z prognoz rozwiązała długotrwały dylemat, dziwne chwiejenie się na orbicie Merkurego, którego matematyka Newtona nie mogła wyjaśnić. (Astronomowie początkowo obwiniali ukrytą planetę o nazwie Vulcan.) Względność tłumaczyła zwiotczenie orbity pod względem wypaczenia przestrzeni przez potężną grawitację słońca.

• małe zmarszczki w rzeczywistości, spowodowane zderzeniem czarnych dziur, wyłączyły czujniki w bardzo czułych instrumentach zakopanych pod ziemią.

Ten artykuł pierwotnie ukazał się drukiem jako „wszystko jest względne.”