Bu teoriyi dünyada yalnızca üç kişinin anladığını söylediler ve matematikçiler bundan çıkan sonuçları rakamlarla ifade etmeye çalıştıklarında, yazar Albert Einstein'ın kendisi de artık onu anlamayı bıraktığını söyleyerek şaka yaptı.
Özel ve genel görelilik teorileri, dünyanın yapısına ilişkin modern bilimsel görüşlerin dayandığı doktrinin ayrılmaz parçalarıdır.
"Mucizeler Yılı"
1905 yılında, Almanya'nın önde gelen bilimsel yayını "Annalen der Physik" ("Fizik Yıllıkları"), Federal Patent'te 3. sınıf uzman - astsubay olarak çalışan 26 yaşındaki Albert Einstein'ın birbiri ardına dört makalesini yayınladı. Bern'deki ofis. Dergiyle daha önce de işbirliği yapmıştı ama bir yıl içinde bu kadar çok eseri yayınlamak olağanüstü bir olaydı. Her birinin içerdiği fikirlerin değeri netleşince daha da dikkat çekici hale geldi.
Makalelerin ilkinde ışığın kuantum doğası hakkında düşünceler dile getirilmiş, elektromanyetik radyasyonun emilme ve salınma süreçleri ele alınmıştır. Bu temelde, fotoelektrik etki ilk olarak açıklandı - ışığın fotonları tarafından devre dışı bırakılan bir madde tarafından elektronların emisyonu ve bu durumda açığa çıkan enerji miktarını hesaplamak için formüller önerildi. Einstein'ın 1922'de Nobel Fizik Ödülü'nü alması, görelilik teorisinin önermeleri için değil, kuantum mekaniğinin başlangıcı haline gelen fotoelektrik etkinin teorik gelişmeleri sayesinde oldu.
Başka bir makale, bir sıvı içinde asılı duran küçük parçacıkların Brown hareketinin incelenmesine dayanan fiziksel istatistiğin uygulamalı alanlarının temelini attı. Einstein, dalgalanma modellerini (fiziksel niceliklerin en olası değerlerinden düzensiz ve rastgele sapmalarını) araştırmak için yöntemler önerdi.
Ve son olarak, “Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine” ve “Bir cismin ataleti, içindeki enerji içeriğine bağlı mıdır?” fizik tarihinde Albert Einstein'ın görelilik teorisi veya daha doğrusu onun ilk kısmı - SRT - özel görelilik teorisi olarak adlandırılacak şeyin tohumlarını içeriyordu.
Kaynaklar ve öncüller
19. yüzyılın sonunda, birçok fizikçiye, evrenin küresel sorunlarının çoğunun çözüldüğü, ana keşiflerin yapıldığı ve insanlığın teknik ilerlemeyi güçlü bir şekilde hızlandırmak için yalnızca biriken bilgiyi kullanması gerektiği görülüyordu. Evrenin eterle dolu ve değişmez Newton yasalarına göre yaşayan uyumlu tablosunu yalnızca birkaç teorik tutarsızlık bozdu.
Uyum Maxwell'in teorik araştırmasıyla bozuldu. Elektromanyetik alanların etkileşimlerini tanımlayan denklemleri, klasik mekaniğin genel kabul görmüş yasalarıyla çelişiyordu. Bu, Galileo'nun görelilik ilkesi çalışmayı bıraktığında, dinamik referans sistemlerinde ışık hızının ölçülmesiyle ilgiliydi - ışık hızında hareket ederken bu tür sistemlerin etkileşiminin matematiksel modeli, elektromanyetik dalgaların kaybolmasına yol açtı.
Ayrıca parçacıkların ve dalgaların, makrokozmos ve mikrokozmosun eşzamanlı varlığını uzlaştırdığı varsayılan eter tespit edilemiyordu. 1887'de Albert Michelson ve Edward Morley tarafından gerçekleştirilen deney, kaçınılmaz olarak benzersiz bir cihaz olan bir interferometre tarafından kaydedilmesi gereken "ruhani rüzgarı" tespit etmeyi amaçlıyordu. Deney tam bir yıl sürdü - Dünya'nın Güneş etrafında tam devrimi. Gezegenin altı ay boyunca eter akışına karşı hareket etmesi gerekiyordu, eterin altı ay boyunca Dünya'nın "yelkenlerine doğru esmesi" gerekiyordu, ancak sonuç sıfırdı: eterin etkisi altındaki ışık dalgalarının yer değiştirmesi tespit edilmedi, bu da eterin varlığına dair şüphe uyandırdı.
Lorentz ve Poincaré
Fizikçiler eterin tespiti üzerine yapılan deneylerin sonuçlarına bir açıklama bulmaya çalıştılar. Hendrik Lorenz (1853-1928) matematiksel modelini önerdi. Uzayın eterik dolgusunu hayata geri getirdi, ancak yalnızca nesnelerin eter içinde hareket ederken hareket yönünde büzülebileceğine dair çok koşullu ve yapay bir varsayımla. Bu model büyük Henri Poincaré (1854-1912) tarafından değiştirildi.
Bu iki bilim insanının çalışmalarında, görelilik teorisinin büyük ölçüde ana önermelerini oluşturan kavramların ilk kez ortaya çıkması, Einstein'ın intihal suçlamalarının yatışmasına izin vermiyor. Bunlar, eşzamanlılık kavramının gelenekselliğini ve ışığın sabit hızı hipotezini içerir. Poincaré, yüksek hızlarda Newton'un mekanik yasalarının yeniden çalışılması gerektiğini kabul etti ve hareketin görelilik olduğu, ancak eter teorisine uygulanması gerektiği sonucuna vardı.
Özel görelilik teorisi - SRT
Elektromanyetik süreçleri doğru şekilde tanımlama sorunları, teorik gelişim için bir konu seçmenin motive edici nedeni haline geldi ve Einstein'ın 1905'te yayınlanan makaleleri, özel bir durumun - düzgün ve doğrusal hareket - yorumunu içeriyordu. 1915'e gelindiğinde yerçekimi etkileşimlerini açıklayan genel görelilik teorisi oluşturuldu, ancak ilk teoriye özel adı verildi.
Einstein'ın özel görelilik teorisi kısaca iki ana önerme şeklinde ifade edilebilir. Birincisi, Galileo'nun görelilik ilkesinin etkisini yalnızca mekanik süreçlere değil, tüm fiziksel olgulara genişletir. Daha genel bir biçimde şunu belirtir: Tüm fiziksel yasalar, tüm eylemsiz (düz bir çizgide veya sabit bir çizgide eşit şekilde hareket eden) referans çerçeveleri için aynıdır.
Özel görelilik teorisini içeren ikinci ifade: Işığın boşlukta yayılma hızı, tüm eylemsiz referans çerçeveleri için aynıdır. Daha sonra, daha küresel bir sonuca varılıyor: Işık hızı, doğadaki etkileşimlerin iletim hızının maksimum maksimum değeridir.
STR'nin matematiksel hesaplamalarında, daha önce fiziksel yayınlarda yer alan E=mc² formülü verilmiştir, ancak Einstein sayesinde bilim tarihindeki en ünlü ve popüler formül haline gelmiştir. Kütle ve enerjinin eşitliğine ilişkin sonuç, görelilik teorisinin en devrimci formülüdür. Kütleli herhangi bir nesnenin büyük miktarda enerji içerdiği kavramı, nükleer enerji kullanımındaki gelişmelerin temelini oluşturdu ve her şeyden önce atom bombasının ortaya çıkmasına yol açtı.
Özel göreliliğin etkileri
STR'den, göreceli (görelilik) etkiler adı verilen çeşitli sonuçlar ortaya çıkar. Zaman genişlemesi en dikkat çekici olanlardan biridir. Bunun özü, hareketli bir referans çerçevesinde zamanın daha yavaş ilerlemesidir. Hesaplamalar, Alpha Centauri yıldız sistemine varsayımsal bir uçuş yapan ve 0,95 c (c ışık hızıdır) hızla geri dönen bir uzay gemisinde 7,3 yıl, Dünya'da ise 12 yıl geçeceğini gösteriyor. Bu tür örneklere, kuklalar için görelilik teorisinin yanı sıra ilgili ikiz paradoksu açıklanırken sıklıkla başvurulur.
Diğer bir etki ise doğrusal boyutların azalmasıdır, yani gözlemcinin bakış açısından, ona göre c'ye yakın bir hızla hareket eden nesnelerin hareket yönünde kendi uzunluklarından daha küçük doğrusal boyutları olacaktır. Görelilik fiziğinin öngördüğü bu etkiye Lorentz daralması denir.
Göreli kinematik yasalarına göre, hareket eden bir nesnenin kütlesi, hareketsiz kütlesinden daha büyüktür. Bu etki, temel parçacıkları incelemek için araçlar geliştirirken özellikle önemli hale gelir - bunu hesaba katmadan LHC'nin (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) çalışmasını hayal etmek zordur.
Uzay-zaman
SRT'nin en önemli bileşenlerinden biri, bir zamanlar Albert Einstein'ın bir öğrencisinin matematik öğretmeni olan Alman matematikçi Hermann Minkowski tarafından önerilen, birleşik uzay-zamanın özel bir kavramı olan göreceli kinematiğin grafiksel temsilidir. .
Minkowski modelinin özü, etkileşim halindeki nesnelerin konumunu belirlemeye yönelik tamamen yeni bir yaklaşımdır. Özel görelilik teorisi zamana özel önem verir. Zaman, klasik üç boyutlu koordinat sisteminin yalnızca dördüncü koordinatı haline gelmez; zaman mutlak bir değer değildir, aynı zamanda grafiksel olarak bir koni şeklinde ifade edilen, uzay-zaman sürekliliği biçimini alan, uzayın ayrılmaz bir özelliğidir. tüm etkileşimlerin gerçekleştiği yer.
Görelilik teorisindeki bu tür uzay, daha genel bir yapıya doğru gelişmesiyle birlikte daha sonra eğriliğe maruz kaldı ve bu da böyle bir modeli yerçekimsel etkileşimleri açıklamak için uygun hale getirdi.
Teorinin daha da geliştirilmesi
SRT, fizikçiler arasında hemen bir anlayış bulamadı, ancak yavaş yavaş dünyayı, özellikle de fizik biliminin ana inceleme konusu haline gelen temel parçacıkların dünyasını tanımlamanın ana aracı haline geldi. Ancak SRT'yi yerçekimi kuvvetlerinin bir açıklamasıyla tamamlama görevi çok acildi ve Einstein, genel görelilik teorisinin (GTR) ilkelerini geliştirerek çalışmayı bırakmadı. Bu ilkelerin matematiksel olarak işlenmesi oldukça uzun bir zaman aldı - yaklaşık 11 yıl ve fizikle ilgili kesin bilimlerin alanlarından uzmanlar buna katıldı.
Böylece, yerçekimi alanı denklemlerinin ortak yazarlarından biri olan, o zamanın önde gelen matematikçisi David Hilbert (1862-1943) tarafından büyük bir katkı sağlandı. Genel görelilik teorisi veya GTR adını alan güzel bir binanın inşasındaki son taşlardı.
Genel Görelilik Teorisi - Genel Görelilik
Yerçekimi alanının modern teorisi, "uzay-zaman" yapısı teorisi, "uzay-zaman" geometrisi, eylemsiz rapor sistemlerindeki fiziksel etkileşimler kanunu - bunların hepsi Albert Einstein'ın teorisine verilen farklı isimlerdir. genel görelilik teorisi.
Uzun bir süre fizik biliminin yerçekimi, çeşitli büyüklükteki nesnelerin ve alanların etkileşimi hakkındaki görüşlerini belirleyen evrensel yerçekimi teorisi. Paradoksal bir şekilde, temel dezavantajı, özünün soyut, yanıltıcı ve matematiksel doğasıydı. Yıldızlar ve gezegenler arasında bir boşluk vardı; gök cisimleri arasındaki çekim, belirli kuvvetlerin uzun menzilli ve anlık etkileriyle açıklanıyordu. Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi, yerçekimini fiziksel içerikle doldurdu ve onu çeşitli maddi nesnelerin doğrudan teması olarak sundu.
Yerçekimi geometrisi
Einstein'ın yerçekimsel etkileşimleri açıklarken kullandığı ana fikir çok basittir. Uzay-zamanın, çevresinde bu tür eğriliklerin oluştuğu nesnenin kütlesinden etkilenen, oldukça somut işaretlerle (metrikler ve deformasyonlar) donatılmış yerçekimsel kuvvetlerin fiziksel bir ifadesi olduğunu ilan eder. Bir zamanlar Einstein, uzayı dolduran elastik bir maddi ortam olarak eter kavramını evren teorisine geri döndürme çağrılarıyla bile anılmıştı. Kendisi için vauum olarak tanımlanabilecek pek çok niteliğe sahip bir maddeye isim vermenin zor olduğunu anlattı.
Dolayısıyla yerçekimi, SRT'de eğrisiz olarak tanımlanan dört boyutlu uzay-zamanın geometrik özelliklerinin bir tezahürüdür, ancak daha genel durumlarda, aynı şekilde verilen maddi nesnelerin hareketini belirleyen eğrilik ile donatılmıştır. Einstein'ın ilan ettiği eşdeğerlik ilkesine göre ivme.
Görelilik teorisinin bu temel prensibi, Newton'un evrensel çekim teorisinin birçok "darboğazını" açıklamaktadır: bazı astronomik olaylar sırasında büyük kozmik nesnelerin yanından geçerken gözlemlenen ışığın bükülmesi ve eskilerin belirttiği gibi, düşüşteki aynı hızlanma. kütlelerine bakılmaksızın cisimlerin.
Uzayın eğriliğinin modellenmesi
Aptallar için genel görelilik teorisini açıklamak için kullanılan yaygın bir örnek, uzay-zamanın, etkileşim halindeki nesneleri simüle eden nesnelerin (çoğunlukla topların) üzerine yerleştirildiği elastik, ince bir zar olan bir trambolin biçiminde temsilidir. Ağır toplar zarı bükerek kendi etrafında bir huni oluşturur. Yüzeye fırlatılan daha küçük bir top, yerçekimi kanunlarına tam olarak uygun olarak hareket eder ve yavaş yavaş daha büyük nesnelerin oluşturduğu çöküntülere doğru yuvarlanır.
Ancak böyle bir örnek oldukça gelenekseldir. Gerçek uzay-zaman çok boyutludur, eğriliği de o kadar basit görünmüyor, ancak yerçekimi etkileşiminin oluşum ilkesi ve görelilik teorisinin özü netleşiyor. Her durumda, yerçekimi teorisini daha mantıklı ve tutarlı bir şekilde açıklayacak bir hipotez henüz mevcut değildir.
Gerçeğin kanıtı
Genel Görelilik hızla modern fiziğin üzerine inşa edilebileceği güçlü bir temel olarak algılanmaya başladı. Görelilik teorisi, en başından beri, uyumu ve uyumuyla yalnızca uzmanları şaşırtmakla kalmadı, ortaya çıktıktan kısa bir süre sonra da gözlemlerle doğrulanmaya başladı.
Merkür'ün yörüngesinin Güneş'e en yakın noktası - günberi - 19. yüzyılın ortalarında keşfedilen Güneş Sistemindeki diğer gezegenlerin yörüngelerine göre yavaş yavaş kayıyor. Bu hareket - devinim - Newton'un evrensel çekim teorisi çerçevesinde makul bir açıklama bulamadı, ancak genel görelilik teorisi temelinde doğru bir şekilde hesaplandı.
1919'da meydana gelen Güneş tutulması, genel göreliliğin bir başka kanıtına fırsat verdi. Görelilik teorisinin temellerini anlayan üç kişiden şaka yollu olarak kendisini ikinci olarak adlandıran Arthur Eddington, ışık fotonları yıldızın yakınından geçtiğinde Einstein'ın öngördüğü sapmaları doğruladı: tutulma anında, görünürde bir değişiklik bazı yıldızların konumu farkedilir hale geldi.
Genel göreliliğin diğer kanıtlarının yanı sıra, saat yavaşlamasını veya yerçekimsel kırmızıya kaymayı tespit etmeye yönelik bir deney bizzat Einstein tarafından önerildi. Ancak yıllar sonra gerekli deney ekipmanlarını hazırlamak ve bu deneyi yapmak mümkün oldu. Radyasyon frekanslarının verici ve alıcıdan yükseklik olarak ayrılmış yerçekimsel kaymasının Genel Görelilik tarafından öngörülen sınırlar dahilinde olduğu ortaya çıktı ve bu deneyi yürüten Harvard fizikçileri Robert Pound ve Glen Rebka daha sonra yalnızca doğruluğu arttırdı. ölçümler yapıldı ve görelilik teorisinin formülü bir kez daha doğru çıktı.
Einstein'ın görelilik teorisi, en önemli uzay araştırma projelerinin gerekçesinde her zaman mevcuttur. Kısaca, uzmanlar için, özellikle de uydu navigasyon sistemleri (GPS, GLONASS vb.) ile çalışan kişiler için bir mühendislik aracı haline geldiğini söyleyebiliriz. Genel göreliliğin öngördüğü sinyal yavaşlamaları dikkate alınmadan, nispeten küçük bir alanda bile bir nesnenin koordinatlarını gereken doğrulukta hesaplamak imkansızdır. Özellikle kozmik mesafelerle ayrılmış nesnelerden söz ettiğimizde, navigasyondaki hata çok büyük olabilir.
Görelilik teorisinin yaratıcısı
Albert Einstein görelilik teorisinin ilkelerini yayınladığında hâlâ genç bir adamdı. Daha sonra eksiklikleri ve tutarsızlıkları ona açık hale geldi. Özellikle genel göreliliğin en önemli sorunu, kütleçekimsel etkileşimlerin tanımında birbirinden kökten farklı ilkeler kullanılması nedeniyle kuantum mekaniğine entegrasyonunun imkansızlığıydı. Kuantum mekaniği, nesnelerin tek bir uzay-zamandaki etkileşimini dikkate alır ve Einstein'a göre bu uzayın kendisi yerçekimini oluşturur.
Genel görelilik ve kuantum fiziğinin çelişkilerini ortadan kaldıracak bir birleşik alan teorisi olan "Var olan her şeyin formülünü" yazmak, Einstein'ın uzun yıllar boyunca hedefiydi; bu teori üzerinde son saate kadar çalıştı, ancak başarıya ulaşamadı. Genel göreliliğin sorunları, birçok teorisyenin dünyanın daha gelişmiş modellerini araması için bir teşvik haline geldi. Sicim teorileri, döngü kuantum çekimi ve daha birçok teori bu şekilde ortaya çıktı.
Genel Görelilik kitabının yazarının kişiliği, tarihte, görelilik teorisinin bilim açısından önemiyle karşılaştırılabilecek bir iz bıraktı. Hala kimseyi kayıtsız bırakmıyor. Einstein'ın kendisi de, fizikle hiçbir ilgisi olmayan insanların kendisine ve çalışmalarına neden bu kadar ilgi gösterdiğini merak ediyordu. Kişisel nitelikleri, ünlü zekası, aktif politik konumu ve hatta etkileyici görünümü sayesinde Einstein, birçok kitabın, filmin ve bilgisayar oyununun kahramanı olan dünyadaki en ünlü fizikçi oldu.
Hayatının sonu birçok kişi tarafından dramatik bir şekilde anlatılıyor: Yalnızdı, gezegendeki tüm yaşamı tehdit eden en korkunç silahın ortaya çıkmasından kendisini sorumlu tutuyordu, birleşik alan teorisi gerçekçi olmayan bir rüya olarak kaldı, ama en iyisi Sonuç, Einstein'ın ölümünden kısa bir süre önce Dünya'daki görevini tamamladığına dair söylediği sözler olarak düşünülebilir. Bununla tartışmak zor.
Küçük bir posta işçisinin değişeceğini kim düşünebilirdi?zamanının biliminin temelleri? Ama bu oldu! Einstein'ın görelilik teorisi bizi Evrenin yapısına ilişkin olağan görüşü yeniden düşünmeye zorladı ve yeni bilimsel bilgi alanları açtı.
Bilimsel keşiflerin çoğu deneyler yoluyla yapılır: Bilim adamları, sonuçlarından emin olmak için deneylerini birçok kez tekrarlarlar. Çalışmalar genellikle üniversitelerde veya büyük şirketlerin araştırma laboratuvarlarında gerçekleştirildi.
Albert Einstein, tek bir pratik deney yapmadan dünyanın bilimsel resmini tamamen değiştirdi. Tek aracı kağıt ve kalemdi ve tüm deneylerini kafasında yapıyordu.
hareketli ışık
(1879-1955) tüm sonuçlarını bir “düşünce deneyinin” sonuçlarına dayandırdı. Bu deneyler ancak hayal gücüyle yapılabilirdi.
Hareket eden tüm cisimlerin hızları görecelidir. Bu, tüm nesnelerin yalnızca başka bir nesneye göre hareket ettiği veya sabit kaldığı anlamına gelir. Örneğin, Dünya'ya göre hareketsiz olan bir kişi, aynı zamanda Dünya ile birlikte Güneş'in etrafında döner. Ya da bir kişinin hareket halindeki bir trenin vagonu boyunca hareket yönünde 3 km/saat hızla yürüdüğünü varsayalım. Tren saatte 60 km hızla hareket ediyor. Yerdeki sabit bir gözlemciye göre kişinin hızı 63 km/saat olacaktır; yani kişinin hızı artı trenin hızı. Trafiğe karşı yürüyor olsaydı, sabit bir gözlemciye göre hızı 57 km/saat olurdu.
Einstein ışık hızının bu şekilde tartışılamayacağını savundu. Işığın hızı her zaman sabittir Işık kaynağının size yaklaşması, uzaklaşması veya hareketsiz durması fark etmez.
Ne kadar hızlı olursa o kadar az
En başından beri Einstein bazı şaşırtıcı varsayımlarda bulundu. Bir cismin hızı ışık hızına yaklaşırsa boyutunun küçüleceğini, aksine kütlesinin artacağını savundu. Hiçbir cisim ışık hızına eşit veya ondan daha yüksek bir hıza hızlandırılamaz.
Diğer sonucu daha da şaşırtıcıydı ve sağduyuyla çelişiyor gibi görünüyordu. İki ikizden birinin Dünya'da kaldığını, diğerinin ise uzayda ışık hızına yakın bir hızla yolculuk yaptığını düşünün. Dünya'nın başlangıcından bu yana 70 yıl geçti. Einstein'ın teorisine göre gemide zaman daha yavaş akıyor ve örneğin orada yalnızca on yıl geçti. Dünya'da kalan ikizlerden birinin ikincisinden altmış yaş daha yaşlı olduğu ortaya çıktı. Bu etkiye "" denir. ikiz paradoksu" Kulağa inanılmaz geliyor ama laboratuvar deneyleri, ışık hızına yakın hızlarda zaman genişlemesinin gerçekten var olduğunu doğruladı.
Acımasız sonuç
Einstein'ın teorisi aynı zamanda ünlü formülü de içeriyor E=mc2 Burada E enerji, m kütle ve c ışık hızıdır. Einstein kütlenin saf enerjiye dönüştürülebileceğini savundu. Bu keşfin pratik hayata uygulanması sonucunda atom enerjisi ve nükleer bomba ortaya çıktı.
Einstein bir teorisyendi. Teorisinin doğruluğunu kanıtlaması gereken deneyleri başkalarına bıraktı. Bu deneylerin çoğu, yeterince doğru ölçüm cihazları elde edilene kadar yapılamadı.
Gerçekler ve olaylar
- Şu deney gerçekleştirildi: Üzerine çok hassas bir saatin takıldığı bir uçak havalandı ve Dünya'nın etrafında yüksek hızda uçarak aynı noktaya indi. Uçaktaki saatler Dünya'daki saatlerin saniyenin çok küçük bir kısmı kadar gerisindeydi.
- Serbest düşüş ivmesiyle düşen bir asansöre bir top bırakırsanız, top düşmeyecek, havada asılı kalmış gibi görünecektir. Bunun nedeni top ve asansörün aynı hızla düşmesidir.
- Einstein, yerçekiminin uzay-zamanın geometrik özelliklerini etkilediğini, bunun da bu uzaydaki cisimlerin hareketini etkilediğini kanıtladı. Böylece birbirine paralel hareket etmeye başlayan iki cisim sonunda bir noktada buluşacaktır.
Zamanı ve mekanı bükmek
On yıl sonra, 1915-1916'da Einstein yeni bir yerçekimi teorisi geliştirdi. genel görelilik. Hızlanmanın (hızdaki değişimin) cisimler üzerinde yerçekimi kuvvetiyle aynı şekilde etki ettiğini savundu. Bir astronot, büyük bir gezegenin kendisini mi çektiğini yoksa roketin yavaşlamaya mı başladığını hislerinden anlayamaz.
Bir uzay gemisi ışık hızına yakın bir hıza çıkarsa üzerindeki saat yavaşlar. Gemi ne kadar hızlı hareket ederse saat de o kadar yavaşlar.
Newton'un yerçekimi teorisinden farklılıkları, gezegenler veya yıldızlar gibi muazzam kütleye sahip kozmik nesneler incelenirken ortaya çıkar. Deneyler, büyük kütleli cisimlerin yanından geçen ışık ışınlarının büküldüğünü doğruladı. Prensip olarak, bir kütleçekim alanının ışığın onun ötesine kaçamayacağı kadar güçlü olması mümkündür. Bu fenomene " denir kara delik" Görünüşe göre bazı yıldız sistemlerinde "kara delikler" keşfedildi.
Newton, gezegenlerin Güneş etrafındaki yörüngelerinin sabit olduğunu savundu. Einstein'ın teorisi, Güneş'in çekim alanının varlığıyla bağlantılı olarak gezegenlerin yörüngelerinin yavaş bir ek dönüşünü öngörüyor. Tahmin deneysel olarak doğrulandı. Bu gerçekten çığır açan bir keşifti. Sir Isaac Newton'un evrensel çekim yasası değiştirildi.
Silahlanma yarışının başlangıcı
Einstein'ın çalışması doğanın birçok sırrının anahtarını sağladı. Temel parçacık fiziğinden evrenin yapısının bilimi olan astronomiye kadar birçok fizik dalının gelişimini etkilediler.
Einstein hayatında sadece teoriyle ilgilenmedi. 1914'te Berlin Fizik Enstitüsü'nün müdürü oldu. 1933'te Almanya'da Naziler iktidara geldiğinde bir Yahudi olarak bu ülkeyi terk etmek zorunda kaldı. ABD'ye taşındı.
Einstein, 1939'da savaşa karşı olmasına rağmen Başkan Roosevelt'e, muazzam yıkıcı güce sahip bir bomba yapılabileceği ve Nazi Almanya'sının böyle bir bomba geliştirmeye çoktan başladığı konusunda onu uyaran bir mektup yazdı. Başkan çalışmalara başlama emrini verdi. Bu bir silahlanma yarışını başlattı.
Yüz yıl önce, 1915'te, o zamanlar fizikte devrim niteliğinde keşifler yapmış olan genç bir İsviçreli bilim adamı, temelde yeni bir yerçekimi anlayışı önerdi.
1915'te Einstein, yerçekimini uzay-zamanın temel bir özelliği olarak nitelendiren genel görelilik teorisini yayınladı. Uzay-zamanın eğriliğinin, içinde bulunan maddenin ve radyasyonun enerjisi ve hareketi üzerindeki etkisini tanımlayan bir dizi denklem sundu.
Yüz yıl sonra, genel görelilik teorisi (GTR) modern bilimin inşasının temeli haline geldi ve bilim adamlarının ona saldırdığı tüm testlere dayandı.
Ancak yakın zamana kadar, aşırı koşullar altında teorinin istikrarını test etmek için deneyler yapmak imkansızdı.
Görelilik teorisinin 100 yıl içinde bu kadar güçlü olduğunu kanıtlaması şaşırtıcı. Hala Einstein'ın yazdıklarını kullanıyoruz!
Clifford Will, teorik fizikçi, Florida Üniversitesi
Bilim insanları artık genel göreliliğin ötesinde fiziği araştıracak teknolojiye sahip.
Yerçekimine Yeni Bir Bakış
Genel görelilik teorisi, yerçekimini (Newton fiziğinde göründüğü gibi) bir kuvvet olarak değil, nesnelerin kütlesinden dolayı uzay-zamanın eğriliği olarak tanımlar. Dünya, yıldızın onu çekmesi nedeniyle değil, Güneş'in uzay-zamanı deforme etmesi nedeniyle Güneş'in etrafında dönmektedir. Ağır bir bowling topunu gergin bir battaniyenin üzerine koyarsanız battaniyenin şekli değişecektir; yer çekimi uzayı da aynı şekilde etkiler.
Einstein'ın teorisi bazı çılgın keşiflerin habercisiydi. Örneğin, uzay-zamanı öyle bir büken kara deliklerin var olma ihtimali vardır ki, içinden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz. Teoriye dayanarak, bugün Evrenin genişlediği ve hızlandığı yönünde genel kabul gören görüşe dair kanıtlar bulundu.
Genel görelilik çok sayıda gözlemle doğrulanmıştır. Einstein'ın kendisi, hareketi Newton yasalarıyla tanımlanamayan Merkür'ün yörüngesini hesaplamak için genel göreliliği kullandı. Einstein, ışığı bükebilecek kadar büyük nesnelerin varlığını öngördü. Bu, gökbilimcilerin sıklıkla karşılaştığı bir kütleçekimsel merceklenme olgusudur. Örneğin, dış gezegenlerin araştırılması, gezegenin etrafında döndüğü yıldızın çekim alanı tarafından bükülen radyasyondaki ince değişikliklerin etkisine dayanır.
Einstein'ın teorisini test etmek
Dünya üzerinde yapılan deneylerin ve güneş sistemindeki gezegenlerin gözlemlerinin gösterdiği gibi, genel görelilik sıradan yerçekimi için iyi çalışır. Ancak fiziğin sınırları içinde yer alan uzaylarda aşırı güçlü alanların koşulları altında hiçbir zaman test edilmedi.
Bu koşullar altında teoriyi test etmenin en umut verici yolu, yerçekimi dalgaları adı verilen uzay-zamandaki değişiklikleri gözlemlemektir. Büyük olayların, kara delikler gibi iki büyük cismin veya özellikle yoğun nesnelerin - nötron yıldızlarının birleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar.
Bu büyüklükteki kozmik bir havai fişek gösterisi yalnızca uzay-zamandaki en küçük dalgalanmaları yansıtacaktır. Örneğin, eğer iki kara delik çarpışıp Galaksimizdeki bir yerde birleşirse, yerçekimi dalgaları, Dünya'da bir metre uzaklıkta bulunan nesneler arasındaki mesafeyi atom çekirdeğinin çapının binde biri kadar uzatabilir ve sıkıştırabilir.
Bu tür olaylar nedeniyle uzay-zamandaki değişiklikleri kaydedebilen deneyler ortaya çıktı.
Önümüzdeki iki yıl içinde yerçekimi dalgalarını tespit etme şansımız yüksek.
Clifford Will
Richland, Washington ve Livingston, Louisiana yakınlarında gözlemevleri bulunan Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO), ikili L şeklindeki dedektörlerdeki çok küçük bozulmaları tespit etmek için bir lazer kullanıyor. Uzay-zaman dalgaları dedektörlerden geçerken uzayı gerer ve sıkıştırır, bu da dedektörün boyutlarının değişmesine neden olur. Ve LIGO bunları ölçebilir.
LIGO, 2002 yılında bir dizi lansmana başladı ancak sonuç alamadı. 2010 yılında iyileştirmeler yapıldı ve kuruluşun halefi olan Advanced LIGO'nun bu yıl yeniden faaliyete geçmesi bekleniyor. Planlanan deneylerin birçoğu kütleçekim dalgalarını araştırmayı amaçlıyor.
Görelilik teorisini test etmenin bir başka yolu da kütleçekim dalgalarının özelliklerine bakmaktır. Örneğin ışığın polarize camlardan geçmesi gibi polarize olabilirler. Görelilik teorisi böyle bir etkinin özelliklerini öngörür ve hesaplamalardan herhangi bir sapma, teoriden şüphe etmek için bir neden olabilir.
Birleşik teori
Clifford Will, kütleçekim dalgalarının keşfinin yalnızca Einstein'ın teorisini güçlendireceğine inanıyor:
Doğru olduğundan emin olmak için genel göreliliğin kanıtlarını aramaya devam etmemiz gerektiğini düşünüyorum.
Bu deneylere neden ihtiyaç duyuldu?
Modern fiziğin en önemli ve anlaşılması zor görevlerinden biri, Einstein'ın araştırmalarını, yani makrokozmos bilimini ve en küçük nesnelerin gerçekliği olan kuantum mekaniğini birbirine bağlayacak bir teori arayışıdır.
Bu alandaki ilerlemeler, kuantum kütle çekimi, genel görelilikte değişiklikler gerektirebilir. Kuantum kütleçekim deneylerinin gerçekleştirilmesi imkansız olacak kadar çok enerji gerektirmesi mümkündür. "Ama kim bilir" diyor Will, "belki de kuantum evreninde önemsiz ama araştırılabilir bir etki vardır."
Görelilik teorisi, 1905 yılında parlak bilim adamı Albert Einstein tarafından önerildi.
Bilim adamı daha sonra gelişiminin özel bir durumundan bahsetti.
Bugün buna genellikle Özel Görelilik Teorisi veya STR adı verilmektedir. SRT'de düzgün ve doğrusal hareketin fiziksel prensipleri incelenir.
Özellikle, eğer yolunda hiçbir engel yoksa ışık bu şekilde hareket eder; bu teorinin büyük bir kısmı ona ayrılmıştır.
Einstein, SRT'nin kalbinde iki temel ilkeyi ortaya koydu:
- Görelilik ilkesi. Herhangi bir fiziksel yasa, sabit nesneler için ve düzgün ve doğrusal olarak hareket eden cisimler için aynıdır.
- Işığın boşluktaki hızı tüm gözlemciler için aynı olup 300.000 km/s'ye eşittir.
Görelilik teorisi pratikte test edilebilir, Einstein kanıtları deneysel sonuçlar şeklinde sundu.
Örnekleri kullanarak ilkelere bakalım.
- İki nesnenin kesinlikle düz bir çizgide sabit hızla hareket ettiğini hayal edelim. Einstein, hareketlerini sabit bir noktaya göre değerlendirmek yerine, onları birbirlerine göre incelemeyi önerdi. Örneğin iki tren bitişik raylarda farklı hızlarda hareket ediyor. Birinde oturuyorsunuz, diğerinde ise tam tersi arkadaşınız var. Onu görüyorsunuz ve sizin görüşünüze göre hızı yalnızca trenlerin hızları arasındaki farka bağlı olacaktır, ne kadar hızlı seyahat ettiklerine bağlı değildir. En azından trenler hızlanmaya veya dönmeye başlayana kadar.
- Görelilik teorisini kozmik örneklerle açıklamayı severler. Bunun nedeni, özellikle ışığın hızını değiştirmediği göz önüne alındığında, etkilerin hız ve mesafe arttıkça artmasıdır. Ayrıca boşlukta ışığın yayılmasını hiçbir şey engellemez. Yani ikinci prensip ışık hızının sabit olduğunu iddia ediyor. Bir uzay gemisindeki radyasyon kaynağını güçlendirir ve açarsanız, geminin kendisine ne olursa olsun: yüksek hızda hareket edebilir, hareketsiz kalabilir veya yayıcıyla birlikte tamamen kaybolabilir, istasyondaki gözlemci ışığı görecektir. tüm olaylar için aynı süre sonunda.
Genel görelilik teorisi.
1907'den 1916'ya kadar Einstein, Genel Görelilik Teorisinin yaratılması üzerinde çalıştı. Fiziğin bu bölümü genel olarak maddi cisimlerin hareketini inceler; nesneler yörüngeleri hızlandırabilir ve değiştirebilir. Genel görelilik teorisi, uzay ve zaman doktrinini yerçekimi teorisiyle birleştirir ve aralarında bağımlılıklar kurar. Başka bir isim de biliniyor: geometrik yerçekimi teorisi. Genel görelilik teorisi, özel göreliliğin sonuçlarına dayanmaktadır. Bu durumda matematiksel hesaplamalar son derece karmaşıktır.
Formüller olmadan açıklamaya çalışalım.
Genel Görelilik Teorisinin Postülaları:
- nesnelerin ve onların hareketlerinin dikkate alındığı ortam dört boyutludur;
- tüm cisimler sabit bir hızla düşer.
Ayrıntılara geçelim.
Yani genel görelilik kuramında Einstein dört boyut kullanıyor: Her zamanki üç boyutlu uzayı zamanla tamamladı. Bilim adamları ortaya çıkan yapıya uzay-zaman sürekliliği veya uzay-zaman adını veriyor. Dört boyutlu nesnelerin hareket ederken değişmediği, ancak onların yalnızca üç boyutlu izdüşümlerini algılayabildiğimiz ileri sürülüyor. Yani cetveli ne kadar bükerseniz bükün, yalnızca bilinmeyen 4 boyutlu bir cismin izdüşümlerini göreceksiniz. Einstein uzay-zaman sürekliliğinin bölünemez olduğunu düşünüyordu.
Yerçekimiyle ilgili olarak Einstein şu varsayımı ileri sürdü: Yerçekimi, uzay-zamanın eğriliğidir.
Yani Einstein'a göre mucidin kafasına bir elmanın düşmesi yerçekiminin bir sonucu değil, uzay-zamanda etkilenen noktada kütle enerjisinin varlığının bir sonucudur. Düz bir örnek kullanırsak: bir tuval alın, onu dört desteğin üzerine gerdirin, üzerine bir gövde yerleştirin, tuvalde bir göçük görüyoruz; Kendilerini ilk nesneye yakın bulan daha hafif cisimler, tuvalin eğriliği nedeniyle yuvarlanacak (çekilmeyecektir).
Işık ışınlarının yerçekimine sahip cisimlerin varlığında büküldüğü kanıtlanmıştır. Artan rakımla zaman genişlemesi de deneysel olarak doğrulandı. Einstein, büyük bir cismin varlığında uzay-zamanın kavisli olduğu ve yer çekimi ivmesinin, 4 boyutlu uzayda düzgün hareketin 3 boyutlu bir yansıması olduğu sonucuna vardı. Ve tuval üzerinde daha büyük bir nesneye doğru yuvarlanan küçük cisimlerin yörüngesi kendileri için doğrusal kalır.
Şu anda genel görelilik, diğer yerçekimi teorileri arasında lider konumdadır ve pratikte mühendisler, gökbilimciler ve uydu navigasyonu geliştiricileri tarafından kullanılmaktadır. Albert Einstein aslında bilimin ve doğa bilimi kavramının büyük bir dönüştürücüsüdür. Görelilik teorisine ek olarak Brown hareketi teorisini yarattı, ışığın kuantum teorisini inceledi ve kuantum istatistiğinin temellerinin geliştirilmesine katıldı.
Site malzemelerinin kullanımına yalnızca kaynağa aktif bir bağlantı gönderildiğinde izin verilir.
21. yüzyıla girdiğimiz insanlığın bilgi tacındaki bilimsel düşüncenin incilerinden biri de Genel Görelilik Teorisidir (bundan sonra GTR olarak anılacaktır). Bu teori sayısız deneyle doğrulanmıştır; daha fazlasını söyleyeyim, gözlemlerimizin Genel Görelilik Teorisi'nin öngörülerinden zerre kadar farklılık gösterebileceği tek bir deney bile yoktur. Uygulanabilirlik sınırları dahilinde elbette.
Bugün size bu Genel Görelilik Teorisinin nasıl bir canavar olduğunu anlatmak istiyorum. Neden bu kadar zor ve neden Aslında o çok basit. Zaten anladığınız gibi, açıklama devam edecek parmaklarınızın üzerinde™ bu nedenle sizden çok özgür yorumlar ve tamamen doğru olmayan alegoriler için çok sert yargılamamanızı rica ediyorum. Herkesin bu açıklamayı okumasını istiyorum insani Diferansiyel hesap ve yüzey entegrasyonu hakkında hiçbir bilgisi olmadan, genel göreliliğin temellerini anlayabildi. Sonuçta, tarihsel olarak bu, olağan günlük insan deneyiminden uzaklaşmaya başlayan ilk bilimsel teorilerden biridir. Newton mekaniğinde her şey basittir, bunu açıklamak için üç parmak yeterlidir; işte kuvvet, işte kütle, işte ivme. İşte kafanıza düşen bir elma (herkes elmaların nasıl düştüğünü gördü mü?), işte serbest düşüşünün ivmesi, işte ona etki eden kuvvetler.
Genel görelilik ile her şey o kadar basit değil - uzay eğriliği, yerçekimi zaman genişlemesi, kara delikler - tüm bunlar hazırlıksız bir insanda pek çok belirsiz şüpheye neden olmalı (ve yaratıyor!) - kulaklarımı mı karıştırıyorsun dostum? Uzayın eğrilikleri nelerdir? Bu çarpıklıkları kim gördü, nereden geliyor, böyle bir şey nasıl hayal edilebilir?
Hadi anlamaya çalışalım.
Genel Görelilik Teorisinin adından da anlaşılabileceği gibi özü şudur: genel olarak dünyadaki her şey görecelidir.Şaka. Aslında değil.
Işık hızı, dünyadaki diğer her şeyin göreceli olduğu niceliktir. Herhangi bir referans çerçevesi eşittir, nerede hareket ederlerse etsinler, ne yaparlarsa yapsınlar, hatta yerinde dönüyorlarsa, hatta ivmeyle hareket ediyorlarsa (bu, yalnızca düzgün ve doğrusal olarak hareket eden çerçevelerin var olduğunu düşünen Newton ve Galileo'nun yüreklerine ciddi bir darbe indirmiştir). referans göreceli ve eşit olabilir ve o zaman bile yalnızca temel mekanik çerçevesinde) - yine de her zaman bulabilirsiniz zekice numara(bilimsel olarak buna denir koordinat dönüşümü), bunun yardımıyla, yol boyunca pratik olarak hiçbir şey kaybetmeden, bir referans çerçevesinden diğerine ağrısız bir şekilde geçmek mümkün olacaktır.
Bir varsayım, Einstein'ın böyle bir sonuca varmasına yardımcı oldu (hatırlatmama izin verin - apaçık olması nedeniyle kanıt olmadan inanç üzerine alınan mantıklı bir ifade) "Yerçekimi ve ivmenin eşitliği üzerine". (Dikkat edin, buradaki formülasyonlarda güçlü bir basitleştirme var, ancak genel anlamda her şey doğrudur - eşit şekilde hızlanan hareket ile yerçekiminin etkilerinin eşdeğerliği, Genel Göreliliğin tam kalbinde yer alır).
Bu varsayımı kanıtlayın veya en azından zihinsel olarak tadına bak oldukça basit. Einstein Asansörüne hoş geldiniz.
Bu düşünce deneyinin ana fikri, eğer pencereleri ve kapıları olmayan bir asansörde kilitli kaldıysanız, o zaman hangi durumda olduğunuzu bilmenin en ufak, kesinlikle tek bir yolu yoktur: ya asansör olduğu gibi durmaya devam eder Zemin kat seviyesinde duruyordunuz ve siz (ve asansörün diğer tüm içeriği) olağan çekim kuvvetiyle hareket ediyordunuz; Dünyanın veya tüm Dünya gezegeninin yerçekimi kuvveti ayaklarınızın altından kaldırıldı ve asansör, serbest düşüşün ivmesine eşit bir ivmeyle yukarı doğru yükselmeye başladı. G=9,8 m/s2 .
Ne yaparsanız yapın, hangi deneyleri yaparsanız yapın, çevredeki nesneler ve olaylarla ilgili ne tür ölçümler yaparsanız yapın, bu iki durumu birbirinden ayırmak imkansızdır ve birinci ve ikinci durumda asansördeki tüm süreçler devam edecektir. tamamen aynı şekilde gerçekleşir.
Yıldız işareti (*) olan okuyucu muhtemelen bu zorluktan kurtulmanın zor bir yolunu biliyordur. Gelgit kuvvetleri. Asansör çok (çok, çok) büyükse, 300 kilometre çapındaysa, yerçekimi kuvvetini (veya ivmenin büyüklüğünü, hangisinin hangisi olduğunu henüz bilmiyoruz) ölçerek yerçekimini ivmeden ayırmak teorik olarak mümkündür. asansörün uçları. Böylesine büyük bir asansör, kesitteki gelgit kuvvetleri tarafından hafifçe sıkıştırılacak ve boylamasına düzlemde onlar tarafından hafifçe gerilecektir. Ama bunlar zaten hile. Asansör yeterince küçükse gelgit kuvvetlerini tespit edemezsiniz. O yüzden üzücü şeyler hakkında konuşmayalım.
Toplamda oldukça küçük bir asansörde şunu varsayabiliriz: yer çekimi ve ivme aynı şeydir. Görünüşe göre bu fikir açık ve hatta önemsiz. Burada bu kadar yeni veya karmaşık olan şeyin bir çocuk için açık olması gerektiğini söylüyorsunuz! Evet, prensip olarak karmaşık bir şey yok. Bunu icat eden Einstein değildi; bu tür şeyler çok daha önceden biliniyordu.
Einstein, böyle bir asansörde bir ışık ışınının nasıl davranacağını bulmaya karar verdi. Ancak bu fikrin, 1907'ye kadar kimsenin ciddi olarak düşünmediği, çok geniş kapsamlı sonuçları oldu. Demek istediğim, dürüst olmak gerekirse, pek çok kişi bunu düşündü ama yalnızca biri bu kadar derin bir şekilde bu konuya dahil olmaya karar verdi.
Zihinsel asansörümüzde Einstein'ın üzerine bir el feneri tuttuğumuzu hayal edelim. Bir ışık ışını asansörün bir duvarından (0) noktasından uçtu ve zemine paralel olarak karşı duvara doğru uçtu. Asansör hareketsiz dururken, ışık ışınının başlangıç noktasının (0) tam karşısındaki karşı duvara çarpacağını varsaymak mantıklıdır. 1) noktasına ulaşacağız. Işık ışınları düz bir çizgide ilerliyordu, herkes okula gidiyordu, hepsi bunu okulda öğrendi ve genç Albertik de öyle.
Asansör yukarı çıkarsa, kirişin kabin boyunca uçtuğu süre boyunca biraz yukarı doğru hareket etme zamanı olacağını tahmin etmek kolaydır.
Ve eğer asansör düzgün ivmeyle hareket ederse, kiriş 2) noktasında duvara çarpacaktır. yandan bakıldığındaışığın sanki bir parabolün içindeymiş gibi hareket ettiği görülecektir.
Peki, açık ki Aslında parabol yoktur. Işın düz uçtu ve hala uçuyor. Sadece düz bir çizgide uçarken asansör biraz yukarı çıkmayı başardı, işte buradayız Öyle gibiışının bir parabolde hareket ettiğini.
Her şey abartılı ve abartılı elbette. Işığımızın yavaş uçmasına ve asansörlerin neden hızlı hareket ettiğine dair bir düşünce deneyi. Burada hala özellikle harika bir şey yok, tüm bunlar herhangi bir okul çocuğu için de anlaşılabilir olmalı. Benzer bir deneyi evde de yapabilirsiniz. Sadece "çok yavaş kirişler" ve iyi, hızlı asansörler bulmanız gerekiyor.
Ama Einstein gerçekten bir dahiydi. Bugün birçok insan onu bir hiçmiş ve hiçbir şeymiş gibi azarlıyor; patent ofisinde oturdu, Yahudi komploları ördü ve fikirlerini çaldı. gerçek fizikçiler. Bunu söyleyenlerin çoğu Einstein'ın kim olduğunu, bilim ve insanlık için neler yaptığını hiç anlamıyor.
Einstein dedi ki - “yerçekimi ve ivme eşdeğer olduğuna göre” (bir kez daha tekrar ediyorum, tam olarak öyle söylemedi, bilerek abartıyorum ve basitleştiriyorum), bu, bir yerçekimi alanının varlığında (örneğin, Dünya'nın yakınında) anlamına gelir. Dünya gezegeni), ışık da düz bir çizgide değil, bir eğri boyunca uçacaktır. Yerçekimi ışık ışınını bükecektir.
Bu o zaman için başlı başına mutlak bir sapkınlıktı. Herhangi bir köylü, fotonların kütlesiz parçacıklar olduğunu bilmelidir. Bu, ışığın hiçbir şeyin "ağırlığında olmadığı" anlamına gelir. Bu nedenle ışık yerçekimini umursamamalı; taşların, topların ve dağların çektiği gibi Dünya tarafından “çekilmemelidir”. Newton'un formülünü hatırlayan varsa, yerçekimi cisimler arasındaki uzaklığın karesiyle ters, kütleleriyle doğru orantılıdır. Eğer bir ışık ışınının kütlesi yoksa (ve aslında ışığın hiç kütlesi yoksa), o zaman çekim de olmamalıdır! Burada çağdaşlar Einstein'a şüpheyle bakmaya başladılar.
Ve o, enfeksiyon daha da ileri gitti. Köylülerin kafasını kırmayacağız diyor. Eski Yunanlılara (merhaba, eski Yunanlılar!) İnanalım, ışığın daha önce olduğu gibi kesinlikle düz bir çizgide yayılmasına izin verin. Dünyanın etrafındaki uzayın (ve kütlesi olan herhangi bir cismin) büküldüğünü varsayalım. Ve sadece üç boyutlu uzay değil, dört boyutlu uzay-zaman.
Onlar. Işık düz bir çizgide uçtu ve hâlâ uçuyor. Sadece bu düz çizgi artık bir düzlem üzerinde değil, bir çeşit buruşuk havlu üzerinde çiziliyor. Ve ayrıca 3D olarak. Ve bu havluyu buruşturan da kütlenin yakın varlığıdır. Daha doğrusu, kesinlikle kesin olmak gerekirse, enerji-momentumun varlığı.
Hepsi ona - “Albertik, sen sürüyorsun, bir an önce afyonu bırak! Çünkü LSD henüz icat edilmedi ve sen ayık kafanda kesinlikle böyle bir şey bulamazsın! Neden bahsediyorsun?"
Ve Einstein şöyle dedi: "Sana tekrar göstereceğim!"
Kendinizi beyaz kulenize (patent ofisine yani) kilitleyin ve gelin matematiği fikirlere göre ayarlayalım. Bunu doğuruncaya kadar 10 yıl uğraştım:
Daha doğrusu, onun doğurduğu şeyin özü budur. Daha ayrıntılı versiyonda 10 bağımsız formül vardır ve tam versiyonda küçük harflerle iki sayfalık matematiksel semboller bulunur.
Genel Görelilik konusunda gerçek bir kurs almaya karar verirseniz, giriş kısmı burada bitiyor ve ardından iki dönem sert dil eğitimi almanız gerekiyor. Ve bu matematiği çalışmaya hazırlanmak için, liseden mezun olduğunuz ve diferansiyel ve integral hesabına zaten aşina olduğunuz göz önüne alındığında, en az üç yıl daha yüksek matematik almanız gerekir.
Kesinlikle, oradaki matan sıkıcı olduğu kadar karmaşık da değil. Sözde Riemann uzayında tensör hesabı anlaşılması çok kafa karıştırıcı bir konu değildir. Bu kuantum renk dinamiği ya da Tanrı korusun sicim teorisi değil. Burada her şey açık, her şey mantıklı. İşte bir Riemann uzayı, işte kırığı veya kıvrımı olmayan bir manifold, işte bir metrik tensör, işte dejenere olmayan bir matris, kendiniz için formüller yazın ve indeksleri dengeleyin, vektörlerin her iki tarafındaki kovaryant ve kontravaryant temsillerinin olduğundan emin olun. denklem birbirine karşılık gelir. Zor değil. Uzun ve sıkıcı.
Ama bu kadar ileri gitmeyelim ve geri dönelim. parmaklarımıza™. Bizce basit olarak Einstein'ın formülü yaklaşık olarak şu anlama gelmektedir. Formüldeki eşittir işaretinin solunda Einstein tensörü artı ortak değişken metrik tensör ve kozmolojik sabit (Λ) bulunur. Bu lambda aslında karanlık enerji bugün hala elimizde olan hiçbir şey bilmiyoruz ama seviyoruz ve saygı duyuyoruz. Ve Einstein'ın henüz bundan haberi bile yok. Ayrı bir yazıya değer, kendine has ilginç bir hikayesi var.
Özetle, eşittir işaretinin solundaki her şey uzayın geometrisinin nasıl değiştiğini gösterir; yerçekiminin etkisi altında nasıl büküldüğünü ve büküldüğünü.
Ve sağda, aşağıdaki gibi olağan sabitlere ek olarak π ışık hızı C ve yerçekimi sabiti G bir mektup var T- enerji-momentum tensörü. Lammer terimleriyle, bunun kütlenin uzayda nasıl dağıldığının konfigürasyonu olduğunu düşünebiliriz (daha kesin olarak enerji, çünkü hangi kütle veya enerji aynıdır?) emtse meydanı) yerçekimi oluşturmak ve denklemin sol tarafına karşılık gelecek şekilde alanı onunla bükmek için.
Prensipte Genel Görelilik Teorisinin tamamı budur parmaklarınızın üzerinde™.